Question

1．某研究小組在實驗室探究氨基甲酸銨（NH₂COONH₄）分解反應平衡常數和水解反應速率的測定．
（1）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：NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）．
實驗測得不同溫度下的平衡數據列于表：

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
平衡氣體總液度/mol•L-1	2.4×10-3	3.4×10-3	4.8×10-3	6.8×10-3	9.4×10-3

①可以判斷該分解反應已經達到平衡的是BC．（填編號）
A.2v（NH₃）=v（CO₂）
B．密閉容器中總壓強不變
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根據表中數據，列式計算25.0℃時的分解平衡常數：K=1.6×10^-8mol³/L³．
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增加 （填“增加”，“減少”或“不變”）．
④氨基甲酸銨分解反應的焓變△H＞0（填“＞”、“=”或“＜”），熵變△S＞0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）已知：NH₂COONH₄+2H₂O?NH₄HCO₃+NH₃•H₂O，該研究小組分別用三份不同初始濃度的氨基甲酸銨溶液測定水解反應速率，得到c（NH₂COO^-）隨時間的變化趨勢如圖所示．
計算25.0℃時，0～6min 氨基甲酸銨水解反應的平均速率0.05mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）①反應是一個氣體量增加的反應，壓強對化學反應的平衡有影響，結合常用判斷化學平衡的判據解答；
②根據表中25℃時的數據計算分解平衡常數，平衡常數的表達式為K=c²（NH₃）c（CO₂）；
③氨基甲酸銨的分解反應為NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），恒溫下壓縮容器體積，等效于對體系加壓，結合勒夏特列原理知識解答；
④根據表中數據判斷分解反應的焓變，反應是氣體量增加的反應，氣體量增加有助于體系混亂度增加，熵變也增加；
（2）結合25℃時，時間-濃度變化圖計算化學反應速率，起始濃度為2.2mol/L，6min時濃度為1.9mol/L，化學反應平均速率為$\overline{r}=\frac{△c}{△t}$．

解答 解：（1）①A．速率關系應為$\frac{v（N{H}_{3}）}{2}=v（C{O}_{2}）$，且應指明是正反應速率還是逆反應速率，不可以作為判據，故A不選；
B．反應的壓強取決于產物的壓強，當體系壓強不發(fā)生改變時，可以判斷反應達到平衡，可以作為判據，故B可選；
C．密閉容器中混合氣體的密度為$ρ=\frac{{m}_{混}}{V}$，混合氣體都是產物，當混合氣體的密度不再改變時，即m_混不發(fā)生改變，可以判斷反應已經達到平衡，可作為判據，故C可選；
D．產物中氨氣于二氧化碳的體積比在整個反應中始終滿足2：1，氨氣的體積分數始終不變，不可作為化學反應達到平衡的判據，故D不選．
故選BC；
②根據表中數據，當溫度為25.0℃時，體系平衡總壓強為12.0kPa，平衡氣體總濃度為4.8×10^-3mol/L，由于整個反應中，氨氣與二氧化碳的量始終滿足2：1的關系，則平衡時候，$c（N{H}_{3}）=\frac{2}{3}c$，$c（C{O}_{2}）=\frac{1}{3}c$，c=4.8×10^-3mol/L，根據平衡常數表達式K=c²（NH₃）c（CO₂），則$K=（\frac{2}{3}c）^{2}×\frac{1}{3}c$=$（\frac{2}{3}c）^{2}×\frac{1}{3}c$=$\frac{4}{27}{c}^{3}$=1.6×10^-8mol³/L³．故答案為：K=c²（NH₃）c（CO₂）=$（\frac{2}{3}c）^{2}×\frac{1}{3}c=1.6×1{0}^{-8}mo{l}^{3}/{L}^{3}$；
③氨基甲酸銨的分解反應為NH₂COONH₄（s）?2NH₃+CO₂，生成物均為氣體，在恒溫下壓縮容器體積，等效于對整個反應體系加壓，由勒夏特列原理，反應朝著減壓方向，即逆反應方向移動，導致氨基甲酸銨固體質量的增加．故答案為：增加；
④由表中各溫度下的數據，隨著溫度的增加，產物總壓強，總濃度均增加，說明升高溫度，有利于產物的增加，即推動反應的平衡正向移動，說明正反應是吸熱反應，則反應的焓變△H＞0；反應是氣體量增加的反應，氣體量增加有助于體系的混亂度增加，熵變也增加，則熵變△S＞0．故答案為：＞；＞；
（2）由時間-濃度圖可知，隨著反應的進行，反應物的濃度減小，生成物的濃度增加，0-6min時，根據反應方程式：NH₂COONH₄+2H₂O?NH₄HCO₃+NH₃•H₂O，在25℃時，從圖象上對應找到25℃時的濃度變化曲線，0時刻，氨基甲酸銨的濃度為2.2mol/L，6min時刻，氨基甲酸銨的濃度為1.9mol/L，則氨基甲酸銨下降的濃度為△c=2.2mol/L-1.9mol/L=0.3mol/L，則0-6min內，氨基甲酸銨水解反應的平均速率為$\overline{r}=\frac{△c}{△t}=\frac{0.3mol/L}{6min}=0.05mol/（L•min）$．
故答案為：0.05mol/（L•min）．

點評 本題考察了化學平衡的移動，平衡常數的計算，化學反應速率，焓變和熵變等相關知識點，考查較為綜合，注意高中的化學平衡常數一般是實驗平衡常數，需帶單位計算，題目難度中等．