Question

氨基甲酸銨（NH₂COONH₄）是一種白色固體，易分解、易水解，可用做肥料、滅火劑、洗滌劑等。某化學興趣小組模擬制備氨基甲酸銨，并探究其分解反應平衡常數。反應的化學方程式： 2NH₃(g)＋CO₂(g)NH₂COONH₄(s)。請按要求回答下列問題：
（1）請在下圖1方框內畫出用濃氨水與生石灰制取氨氣的裝置簡圖。
（2）制備氨基甲酸銨的裝置如下圖2所示。生成的氨基甲酸銨小晶體懸浮在四氯化碳中。

①從反應后的混合物中分離出產品的實驗方法是_____________（填操作名稱）。
②上圖3中濃硫酸的作用是_______________________________________。
（3）將一定量純凈的氨基甲酸銨固體置于特制的密閉真空容器中（假設容器體積不變，固體試樣體積
忽略不計），在恒定溫度下使其達到分解平衡。實驗測得不同溫度下的平衡數據列于下表：

溫度(℃)	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡總壓強(kPa)	5.7	8.3	12.0	17.1	24.0
平衡氣體總濃度(×10－3mol/L)	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

 
①下列選項可以判斷該分解反應達到平衡的是________。
A．
B．密閉容器內物質總質量不變
C．密閉容器中混合氣體的密度不變
D．密閉容器中氨氣的體積分數不變
②該分解反應的焓變ΔH______0（填“>”、“=”或“<”）。
25.0℃時的分解平衡常數的值＝__________________________。
③取一定量的氨基甲酸銨固體放在一個帶活塞的密閉真空容器中，在25.0℃下達到分解平衡。若在恒溫下壓縮容器體積，氨基甲酸銨固體的質量將_________（填“增加”,“減少”或“不變”）。
（4）圖2中反應器用冰水冷卻的原因是_____________________________________。

Answer 1

（1）（合理即可給分，2分）（2）①過濾（2分）
②吸收未反應的氨氣，防止空氣中的水蒸氣進入反應器使氨基甲酸銨水解（2分）
（3）①AC （2分） ②＞（1分） 1.6×10^—8（或1.6384×10^—8） （2分） 增加（1分）
（4）降低溫度，提高反應物轉化率，防止因反應放熱造成產物分解 （2分）

解析試題分析：（1）濃氨水與生石灰制取氨氣，反應不需要加熱，所以正確的裝置圖可以是。
（2）①由于生成的氨基甲酸銨小晶體懸浮在四氯化碳中，所以從反應后的混合物中分離出產品的實驗方法是過濾。
②反應中氨氣過濾，所以濃硫酸的作用是吸收未反應的氨氣。另外氨基甲酸銨易水解，所以濃硫酸還起到防止空氣中的水蒸氣進入反應器使氨基甲酸銨水解的作用。
（3）①在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。A、反應速率的方向相反，且滿足反應速率之比是相應的化學計量數之比，可以說明反應達到平衡狀態，A正確；B、根據質量守恒定律可知，密閉容器內物質總質量始終不變，B不能說明反應達到平衡狀態；C、密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中容積始終是不變的，但氣體的質量是變化的，所以當密度不再發生變化時可以說明達到平衡狀態，C正確；D、混合氣中氨氣和CO₂的體積之比始終是2:1的，即氨氣體積分數始終不變，因此不能說明反應達到平衡狀態，故D錯誤，答案選AC。
②根據表中數據可知，隨著溫度的升高，氣體的壓強增大，這說明升高溫度平衡向生成氨氣和CO₂的方向進行，即分解反應是吸熱反應，因此該分解反應的焓變ΔH＞0；根據反應NH₂COONH₄(s)2NH₃(g)＋CO₂(g)可知，n(NH₃)＝2n(CO₂)，則根據表中數據可知，c(NH₃)＝2c(CO₂)＝4.8×10^-3mol/L×＝3.2×10^-3mol/L，所以依據平衡常數的表達式，25.0℃時氨基甲酸銨的分解平衡常數為K＝c²(NH₃)×c(CO₂)＝（3.2×10^-3mol/L）²×1.6×10^-3mol/L＝1.6×10^-8(mol/L)³。
③壓縮容器體積，增大了壓強，平衡向逆反應方向移動，氨基甲酸銨固體的質量增加。
（4）反應2NH₃(g)＋CO₂(g)NH₂COONH₄(s)是放熱反應，降溫平衡正向進行。因此反應器用冰水冷卻可以降低溫度，提高反應物轉化率，防止因反應放熱造成產物分解溫度升高。
考點：考查物質制備實驗方案設計與評價；混合物的分離與提純；平衡狀態的判斷、外界條件對平衡狀態的影響以及平衡常數的有關計算等