Question

12．氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）是一种白色固体，易分解、易水解，可用做肥料、灭火剂、洗涤剂等．某化学兴趣小组用模拟制备氨基
甲酸铵，反应的化学方程式如下：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H＜0
（1）如用如图1装置制取氨气，你所选择的试剂是浓氨水与生石灰或氢氧化钠固体等．
（2）制备氨基甲酸铵的装置如图2所示，把氨气和二氧化碳通入四氯化碳中，不断搅拌混合，生成的氨基甲酸铵小晶体悬浮在四氯化碳中． 当悬浮物较多时，停止制备．

注：四氯化碳与液体石蜡均为惰性介质．
①制备氨基甲酸铵时温度不能高，该实验中控温措施有哪些搅拌、冰水浴、控制通入气体流速．
②从反应后的混合物中分离出产品的实验方法是过滤（填写操作名称）．为了得到干燥产品，应采取的方法是c（填写选项序号）．
a．常压加热烘干  b．高压加热烘干   c．真空40℃以下烘干
③尾气处理装置如右图所示．双通玻璃管的作用：防止倒吸；浓硫酸的作用：吸收多余氨气、防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解
（3）取因部分变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品0.782 0g，用足量石灰水充分处理后，使碳元素完全转化为碳酸钙，过滤、洗涤、干燥，测得质量为1.000g．则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为80.00%．
[M_r（NH₂COONH₄）=78、M_r（NH₄HCO₃）=79、M_r（CaCO₃）=100]
（4）以NH₃和CO₂为原料在工业上生产尿素的原理是：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）（I）+H₂O（I），该反应的平衡常数和温度关系如下：

T/℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

①焓变△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比（氨碳比），
如图4是氨碳比（x），$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=x与CO₂平衡转化率（a）的关系．
a随着x增大而增大的原因是NH₃的量增大，平衡正向移动，则增大CO₂的转化率．，图中A点处NH₃的平衡转化率为42%．

Answer 1

分析 （1）装置1是利用分液漏斗滴入液体溶解锥形瓶中的固体，利用溶解放热使氨水分解生成氨气；
（2）①根据“氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）易分解、易水解”可知需要控制反应温度，结合图示操作判断采取的措施；
②生成的氨基甲酸铵小晶体悬浮在四氯化碳中，分离产品的实验方法利用过滤得到，氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）是一种白色固体，易分解； 
③依据反应过程中的产物分析，不能把污染性的气体排放到空气中，吸收易溶于水的气体需要放倒吸；
（3）碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品中，使碳元素完全转化为碳酸钙，依据碳元素守恒和混合物质量计算物质的量分数；
（4）①依据平衡常数随温度变化分析判断反应吸热放热；
②增大反应物浓度，平衡正向进行；依据x含义和图象数据分析结合化学方程式换算氨气转化率．

解答 解：（1）把浓氨水滴入到固体氧化钙或氢氧化钠，在溶解过程中放热使浓氨水分解生成氨气，
故答案为：浓氨水与生石灰或氢氧化钠固体等； 
（2）①氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）易分解、易水解，所以反应温度不宜过高，可以通过搅拌、冰水浴、控制通入气体流速等方法控制反应的温度，
故答案为：搅拌、冰水浴、控制通入气体流速；
②制备氨基甲酸铵的装置如图3所示，把氨气和二氧化碳通入四氯化碳中，不断搅拌混合，生成的氨基甲酸铵小晶体悬浮在四氯化碳中，分离产品的实验方法利用过滤得到，氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）是一种白色固体，易分解、不能加热烘干，应在真空40℃以下烘干，
故答案：过滤；c；
③双通玻璃管的作用是防止液体倒吸；浓硫酸起到吸收多余的氨气，同时防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解，
故答案为：防止倒吸；吸收多余氨气、防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解；
（3）取因部分变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品0.7820g，用足量石灰水充分处理后，使碳元素完全转化为碳酸钙，过滤、洗涤、干燥，测得质量为1.000g，碳酸钙的物质的量为：$\frac{1.000g}{100g/mol}$=0.010mol，
设样品中氨基甲酸铵物质的量为x，碳酸氢铵物质的量为y，
依据碳元素守恒可得：x+y=0.01   
根据样品总质量可得：78x+79y=0.7820，
解得：x=0.008mol，y=0.002mol，
则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为：$\frac{0.008mol}{0.01mol}$×100%=80.00%，
故答案为：80.00%；
（4）①平衡常数随温度升高减小，说明升高温度，平衡向着逆向移动，该反应的正反应为放热反应，则△H＜0，故答案为：＜； 
②根据可逆反应2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）可知，增大氨气浓度平衡向着正向进行，则二氧化碳转化率增大；
A点处x=3，原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比为3，二氧化碳转化率为63%，假设氨气为3mol，二氧化碳为1mol，则反应的二氧化碳为0.63mol，依据化学方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）反应的氨气为1.26mol，
NH₃的平衡转化率为：$\frac{1.26mol}{3}$×100%=42%，
故答案为：NH₃的量增大，平衡正向移动，则增大CO₂的转化率；42%．

点评 本题考查了物质制备实验的设计应用、化学平衡的计算等知识，题目难度较大，试题知识点较多，综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力；注意掌握物质的性质实验方案设计的原则及化学平衡的计算方法．