Question

氨是重要的基础化工原料，可以制备尿素[CO(NH₂)₂]、N₂H₄等多种含氮的化工产品。

（1）以NH₃与CO₂为原料可以合成尿素[CO(NH₂)₂]，涉及的化学反应如下：

反应I：

反应Ⅱ：

反应Ⅲ：H₂O(1)＝H₂O(g)    △H₃=+44.0 kJ·mol^－1

则反应：__________kJ/mol

（2）将氨气与二氧化碳在有催化剂的反应器中反应，体系中尿素的产率和催化剂的活性与温度的关系如图1所示：

①a点________(填是或不是)处于平衡状态，T₁之后尿素产率下降的原因是___________________________。

②实际生产中，原料气带有水蒸气，图2表示CO₂的转化率与氨碳比、水碳比的变化关系。曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是___________，测得b点氨的转化率为30％，则x=___________________。

③已知该反应的，，k_(正)和k_(逆)为速率常数，则平衡常数K与k_(正)，k_(逆)的关系式是____________________________________。

（3）N₂H₄可作火箭推进剂。已知25℃时N₂H₄水溶液呈弱碱性：

；

①25℃时，向N₂H₄水溶液中加入H₂SO₄，欲使，同时，应控制溶液pH范围_____________(用含a、b式子表示)。

②水合肼(N₂H₄·H₂O)的性质类似一水合氨，与硫酸反应可以生成酸式盐，该盐的化学式为_______________。

Answer

－87.0 不是 升高温度反应逆向移动；催化剂活性降低 Ⅰ 4 14－b＜pH＜14－a N2H6(HSO4)2

【解析】

(1)已知：

反应I：

反应Ⅱ：

反应Ⅲ：H2O(1)＝H2O(g) △H3=+44.0 kJ·mol－1

NH3与CO2合成尿素同时生成液态水的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(s)+H2O(l)，根据盖斯定律I+II-III得2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(s)+H2O(l)，则△H=-159.5kJ•mol-1+(+116.5kJ•mol-1)-(+44.0kJ•mol-1)=-87.0 kJ•mol-1；

(2)①产率最高之前，未达到平衡状态，反应为放热反应，达到平衡之后，升高温度，平衡逆向移动，产率下降，且催化剂活性降低；

②氨碳比相同时曲线Ⅲ二氧化碳的转化率大，所以曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是为Ⅰ；由题意可知：

即，=0.6，则x=4；

③当V正=V逆时反应达到平衡，即，此时平衡常数K==；

(3)①N2H4+H2O⇌N2H5++OH- K1=1×10-a；N2H5++H2O⇌N2H62++OH- K2=1×10-b，可知K1= =1×10-a，K2= =1×10-b，欲使c(N2H5+)＞c(N2H4)，同时c(N2H5+)＞c(N2H62+)，则1×10-b＜c(OH-)＜1×10-a，即应控制溶液pH范围为14－b＜pH＜14－a；

②既然水合肼的性质类似一水合氨，在水中应该能电离产生N2H62+和OH-，因此它的硫酸酸式盐的化学式为(N2H6)(HSO4)2。