Question

氨是重要的基础化工原料，可以制备亚硝酸(HNO₂)、连二次硝酸(H₂N₂O₂)、尿素[CO(NH₂)₂]等多种含氮的化工产品

（1）已知：25℃时，亚硝酸和连二次硝酸的电离常数如下表所示：

化学式	HNO2	H2N2O2
电离常数	Ka=5.1×10^−^4	Ka1=6.17×10^−^8 、Ka2=2.88×10^−^12

①物质的量浓度相同的NaNO₂和NaHN₂O₂溶液的pH(NaNO₂)_________pH（NaHN₂O₂)（填“>”“<”或“=”）。

②25℃时，NaHN₂O₂溶液中存在水解平衡，其水解常数K_h=____（保留三位有效数字）。

③0.1mol/L NaHN₂O₂溶液中离子浓度由大到小为：________________________________

（2）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：2NH₃(g)+CO₂(g)NH₂CO₂NH₄(s)  ΔH₁=−159.5 kJ·mol⁻¹；

反应II：NH₂CO₂NH₄(s)CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)  ΔH₂=+116.5 kJ·mol⁻¹；

反应III：H₂O(l)H₂O(g)  ΔH₃=+44.0 kJ·mol⁻¹。

则反应IV：NH₃与CO₂合成尿素同时生成液态水的热化学方程式为__________________。

（3）T₁℃时，向容积为2 L的恒容密闭容器中充入n(NH₃)∶n(CO₂)=2∶1的原料气，使之发生反应IV，反应结束后得到尿素的质量为30 g，容器内的压强(p)随时间(t)的变化如图1所示。

①T₁℃时，该反应的平衡常数K的值为______________。

②图2中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________（填曲线标记字母）。

Answer

<1.62×10−7c（Na+）＞c（HN2O2-）＞c（OH-）＞c（H+）＞c（N2O22-）2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH=−87.0 kJ·mol−1128(mol/L)-3a

【解析】

(1)①根据“越弱越水解”的规律，可知NaHN2O2的水解程度大于NaNO2，故pH(NaNO2) ＜pH(NaHN2O2)。

②根据NaHN2O2的水解方程式，可得关系式：Kh= =1.62×10−7。

③由HN2O2-的电离平衡常数Ka2=2.88×10−12小于HN2O2-的水解平衡常数Kh =1.62×10−7，所以NaHN2O2溶液呈碱性，所以NaHN2O2溶液中离子浓度由大到小为：c（Na+）＞c（HN2O2-）＞c（OH-）＞c（H+）＞c（N2O22-）。

(2)根据盖斯定律：I式-II式-III式得方程式2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)，则ΔH=−159.5 kJ·mol−1-116.5 kJ·mol−1-44.0 kJ·mol−1=−87.0 kJ·mol−1。

(3)①尿素的质量为30g，则尿素的物质的量为30g÷60g/mol=0.5mol,因为 n(NH3)∶n(CO2)=2∶1，设n(NH3)为2 a，n(CO2)为a，则根据反应方程式的三段式：

化学反应方程式：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)

起始物质的量/mol  2a      a              0        0

转化物质的量/mol  1     0.5             0.5      0.5

平衡物质的量/mol 2a−1    a−0.5            0.5      0.5

恒温恒容条件下，压强之比等于气体物质的量之比，由图像可知：(2 a + a):( 2a−1+ a−0.5)=9:3，解之得：a=0.75,平衡时c(NH3)=(2 a -1)mol/2L =0.25 mol·L−1，c(CO2)=( a−0.5) mol/2L =0.125 mol·L−1；根据反应可知平衡常数K= =128(mol/L)-3。

②正反应放热，升温平衡向左移动，故平衡常数K减小，故a曲线表。