Question

研究化肥的合成、廢水的處理等有現(xiàn)實(shí)的重要意義。

Ⅰ．尿素是一種非常重要的高氮化肥，工業(yè)上合成尿素的反應(yīng)如下：

2NH3(l)＋CO2(g)H2O(l)＋H2NCONH2 (l)  △H＝－103.7 kJ·mol－1

試回答下列問題：

（1）下列措施中有利于提高尿素的產(chǎn)率的是___________。

A．采用高溫    B．采用高壓    C．尋找更高效的催化劑

（2）合成尿素的反應(yīng)在進(jìn)行時(shí)分為如下兩步：

第一步：2NH3(l)＋CO2(g) H2NCOONH4(氨基甲酸銨) (l)   △H1

第二步：H2NCOONH4(l)H2O(l)＋H2NCONH2(l)           △H2

某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5 L密閉容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分隨時(shí)間的變化如下圖Ⅰ所示：

① 已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第_____步反應(yīng)決定。

② 反應(yīng)進(jìn)行到10 min時(shí)測(cè)得CO2的物質(zhì)的量如圖Ⅰ所示，則用CO2表示的第一步反應(yīng)的速率v(CO2)＝____________________

③ 第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如上右圖Ⅱ所示，則△H2    0

（填“＞”“＜”或“＝”）

Ⅱ．以硫鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸所得的酸性廢水中砷元素含量極高，為控制砷的排放，采用化學(xué)沉降法處理含砷廢水，相關(guān)數(shù)據(jù)如下表。

難溶物	Ksp
Ca3(AsO4)2	6.8×10－19
AlAsO4	1.6×10－16
FeAsO4	5.7×10－21

污染物	H2SO4	As
濃度	28.42 g/L	1.6 g·L－1
排放標(biāo)準(zhǔn)	pH 6～9	0.5 mg·L－1

表1．幾種砷酸鹽的Ksp            表2．工廠污染物排放濃度及允許排放標(biāo)準(zhǔn)

    回答以下問題：

（3）若混合溶液中Al3＋、Fe3＋的濃度均為1.0×10－4mol·L－1，

c(AsO43－)最大是         mol·L－1。

（4）工廠排放出的酸性廢水中的三價(jià)砷（H3AsO3弱酸）不易沉降，可投入MnO2先將其氧化成五價(jià)砷（H3AsO4弱酸），寫出該反應(yīng)的離子方程式                                。

（5）在處理含砷廢水時(shí)采用分段式，先向廢水中投入適量生石灰調(diào)節(jié)pH到2，再投入適量生石灰將pH調(diào)節(jié)到8左右使五價(jià)砷以Ca3(AsO4)2形式沉降。

① 將pH調(diào)節(jié)到2時(shí)廢水中有大量沉淀產(chǎn)生，沉淀主要成分的化學(xué)式為           ；

②在pH調(diào)節(jié)到8左右才開始出現(xiàn)大量Ca3(AsO4)2沉淀的原因?yàn)?nbsp;                        

                                                                              

Answer 1

【知識(shí)點(diǎn)】化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、沉淀溶解平衡

【答案解析】Ⅰ．（1）B  （2）①2   ②0.148 mol/（L•min）  ③ ＞ 

 Ⅱ．（ 3 ）5.7×10-17（4）2H++MnO2+H3AsO3=H3AsO4+Mn2++H2O  （5） ① CaSO4  ②H3AsO4是弱酸，當(dāng)溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時(shí)AsO43-濃度增大，Ca3（AsO4）2開始沉淀

 解析：Ⅰ．（1）A、采用高溫，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡向著逆向進(jìn)行，尿素的產(chǎn)率降低，故A錯(cuò)誤；B、反應(yīng)由氣體參加，反應(yīng)前后氣體體積減小，采用高壓，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)正向進(jìn)行，尿素的產(chǎn)率增大，故B正確；C、尋找更高效的催化劑，催化劑可以加快反應(yīng)速率，但不改變平衡，尿素的產(chǎn)率不變，故C錯(cuò)誤；

（2）①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應(yīng)，氨基甲酸銨先增大再減小最后達(dá)到平衡，發(fā)生的是第二步反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二部反應(yīng)速率慢，所以已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第二步?jīng)Q定；

②反應(yīng)進(jìn)行到10 min時(shí)測(cè)得CO2的物質(zhì)的量為0.26mol，二氧化碳的濃度變化為：c（CO2）=（1mol-0.26mol)/0.5L=1.48mol/L；則用CO2表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO2）=1.48mol/L÷10min=0.148 mol/（L•min），
③第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的升高增大，說(shuō)明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△H2＞0，
Ⅱ．（3）若混合溶液中Al3+、Fe3+的濃度均為1.0×10-4mol•L-1，依據(jù)Ksp大小可以得到，Ksp（FeAsO4 ）小，反應(yīng)過(guò)程中Fe3+先析出沉淀；依據(jù)Ksp（FeAsO4 ）=c（Fe3+）c（AsO43-）=5.7×10-21；Fe3+的濃度均為1.0×10-4mol•L-1，計(jì)算得到 c（AsO43-）=5.7×10-17mol/L，

（4）三價(jià)砷（H3AsO3弱酸）不易沉降，可投入MnO2先將其氧化成五價(jià)砷（H3AsO4弱酸）同時(shí)生成Mn2+和H2O，則該反應(yīng)的離子方程式為：2H++MnO2+H3AsO3=H3AsO4+Mn2++H2O，

（5）①硫酸鈣難溶于酸，所以酸性條件下能析出，因此pH調(diào)節(jié)到2時(shí)廢水中有大量沉淀產(chǎn)生，沉淀主要成分的化學(xué)式為CaSO4；
②H3AsO4是弱酸電離出來(lái)的AsO43-較少，所以酸性條件下不易形成Ca3（AsO4）2沉淀，當(dāng)溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時(shí)AsO43-濃度增大，Ca3（AsO4）2開始沉淀，

【思路點(diǎn)撥】本題考查了化學(xué)平衡的影響因素分析、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、溶液中濃度的換算、沉淀溶解平衡的溶度積常數(shù)計(jì)算，離子方程式的書寫，沉淀的形成等知識(shí)，題目難度中等，注意明確影響化學(xué)平衡的因素及化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算方法，試題能夠提高學(xué)生的分析、理解能力及計(jì)算能力。