Question

CO₂和CH₄是两种温室气体，研究它们具有重要的意义。

(1)已知CH₄、H₂和CO的燃烧热(△H)分别为-890.3 kJ· mol^-1、-285.8 kJ· mol^-1和-283.0 kJ·mol^-1。则 △H=_________kJ·mol^-1

(2)以CO₂和NH₃为原料合成尿素是利用CO₂的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示为： △H=-86.98 kJ·mol^-1

反应中影响CO₂平衡转化率的因素很多，右图为某特定条件下，不同水碳比[n(H₂O/n(CO₂)]和温度对CO₂平衡转化率的影响曲线。  

①为提高CO₂的平衡转化率，生产中除控制温度外还可以采取的措施有___________________、____________________。

②当温度高于190℃后，CO₂平衡转化率出现如图所示的变化趋势，其原因是_______________。

(3)向1.0 L密闭容器中通入0.2 mol NH₃(g)和0.1 mol CO₂(g)，在一定温度下发生反应则 ，反应时间与气体总压强(p)的数据如下表：

用起始压强和总压强计算平衡时NH₃的转化率为_________，0～80 min内CO₂的平均反应速率是__________。

(4)氨基甲酸铵(NH₂COONH₄)极易水解成碳酸铵，在酸性条件水解更彻底。将氨基甲酸铵粉末逐渐加入到1 L 0.1 mol·L^-1的盐酸中直到pH=7(室温下，忽略溶液体积变化)，共用去0.052 mol氨基甲酸铵，溶液中几乎不含碳元素。此时溶液中c(NH₄⁺)=__________，NH₄⁺水解平衡常数为__________。

Answer

247.3kJ·mol－1 增大压强 降低碳水比（或增大氨气浓度） 正反应是放热反应，温度高于190℃，升温平衡向逆方向进行，二氧化碳的平衡转化率降低。 80% 0.001 mol·L－1·min－1 0.1 mol·L－1 4×10－9 mol·L－1

【解析】（1）已知CH4、H2和CO的燃烧热(△H)分别为-890.3 kJ· mol-1、-285.8 kJ· mol-1和-283.0 kJ·mol-1，则①CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3 kJ· mol-1，②H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(l) △H＝-285.8kJ· mol-1，③CO(g)+1/2O2(g)＝CO2(g) △H＝-283.0 kJ· mol-1，根据盖斯定律①－(②＋③)×2即可得到 △H＝＋247.3kJ·mol-1；（2）①正反应是体积减小的放热反应，所以为提高CO2的平衡转化率，生产中除控制温度外还可以采取的措施有增大压强、降低碳水比（或增大氨气浓度）。②由于正反应是放热反应，温度高于190℃，升温平衡向逆方向进行，因此二氧化碳的平衡转化率降低。（3）气体压强之比等于气体物质的量之比，设氨气消耗物质的量xmol，则

2NH3（g）+CO2（g）⇌CO（NH2）2（s）+H2O（g）

起始量在（mol） 0.2 0.1 0 0

变化量（mol） x 0.5x 0.5x 0.5x

平衡量（mol） 0.2-x 0.1-0.5x 0.5x 0.5x

气体压强之比等于气体物质的量之比，图表中可知80min反应达到平衡状态，(0.2+0.1)/(0.2−x+0.1−0.5x+0.5x)＝9.53/4.45，解得x＝0.16mol，平衡时NH3 的转化率＝0.16mol/0.2mol×100%＝80%。0～80min内CO2的反应速率v＝△c/△t＝0.5×0.16mol/(1L×80min)＝0.001mol/（L•min）；（4）因为氨基甲酸铵极易水解成碳酸铵，即反应式为NH2COONH4（s）+H2O⇌（NH4）2CO3，加入1L0.1mol/L的盐酸溶液中直到溶液pH=7并且溶液中几乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH-、Cl-，根据电荷守恒c（NH4+）=c（Cl-）=0.1mol/L，又用去0.052mol氨基甲酸铵，所以开始溶液中的铵根离子浓度为0.052mol/L×2=0.104mol/L，则

NH4++H2O⇌NH3•H2O+H+

开始 0.104mol/L 0

转化 0.004mol/L 0.004mol/L

平衡 0.1mol/L 0.004mol/L

又溶液为pH＝7，所以氢离子浓度为10-7mol/L，则NH4+水解平衡常数K＝c(NH3•H2O)c(H+)/c(NH4+)＝0.004×10−7/0.1=4×10-9。