Question

4．合成氨尿素工業生產過程中涉及到的物質轉化過程如圖所示．

（1）天然氣在高溫、催化劑作用下與水蒸氣反應生成 H₂和 CO 的化學化學方程式為CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂；
（2）如圖為合成氨反應在不同溫度和壓強、使用相同催化劑條件下，初始時氮氣、氫氣的體積比為1：3時，平衡混合物中氨的體積分數．

①若分別用υ  （NH）和υ  （NH）表示從反應開始至達平衡狀態A、B時的化學反應速率，則υ_A（NH₃）＜υ_B （NH₃）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在相同溫度、當壓強由p₁變為p₃時，合成氨反應的化學平衡常數不變．（填“變大”、“變小”或“不變”）．
（3）NH₃（g） 與CO_2（g） 經過兩步反應生成尿素，兩步反應的能量變化示意圖如圖2：NH₃（g） 與CO₂（g） 反應生成尿素的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol人工腎臟可采用間接電化學方法除去代謝產物中的尿素，原理如圖3所示．陽極室中發生的反應依次為2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．
（4）運輸氨時，不能使用銅及其合金制造的管道閥門．因為在潮濕的環境中，金屬銅在有NH₃存在時能被空氣中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，該反應的離子方程式為2Cu+8NH₃+O₂+2H₂O═2Cu（NH₃）₄²⁺+4OH^-．

Answer 1

分析 （1）甲烷與水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣；
（2）①溫度越大，壓強越大，反應速率越大；
②化學平衡常數只與溫度有關；
（3）由圖示可知，第一步：2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（l，氨基甲酸銨）△H₁=-272KJ/mol，
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（s）△H₂=+138KJ/mol，
根據蓋斯定律，兩個過程相加得到NH₃（g）與CO₂（g）反應生成尿素的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（s）△H=-134kJ•mol^-1；陽極室中發生的反應依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
（4）銅在有NH₃存在時能被空氣中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，以此書寫離子反應．

解答 解：（1）甲烷與水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣，該反應為CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂，故答案為：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂；
（2）①溫度越大，壓強越大，反應速率越大，由圖可知，B對應的溫度、壓強大，則反應速率大，故答案為：＜；
②化學平衡常數只與溫度有關，顯然溫度不變，則化學平衡常數K不變，故答案為：不變；
（3）由圖示可知，第一步：2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（l，氨基甲酸銨）△H₁=-272KJ/mol，
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（s）△H₂=+138KJ/mol，
根據蓋斯定律，兩個過程相加得到NH₃（g）與CO₂（g）反應生成尿素的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（s）△H=-134kJ•mol^-1；陽極室中發生的反應依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
（4）銅在有NH₃存在時能被空氣中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，該離子反應為2Cu+8NH₃+O₂+2H₂O═2Cu（NH₃）₄²⁺+4OH^-，故答案為：2Cu+8NH₃+O₂+2H₂O═2Cu（NH₃）₄²⁺+4OH^-．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，綜合性較強，題目難度較大，涉及化學平衡及計算、離子反應、氧化還原反應，熱化學反應等高考常考考點，注重學生能力的訓練，把握圖象及數據處理即可解答．