Question

研究化肥的合成、廢水的處理等有現(xiàn)實的重要意義．
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=-103.7kJ?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)在進行時分為如下兩步：
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
某實驗小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5L密閉容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，實驗測得反應(yīng)中各組分隨時間的變化如下圖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)進行到10min時測得CO₂的物質(zhì)的量如圖所示，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隨溫度的變化如圖Ⅱ所示，則△H₂0

 

（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，采用化學沉降法處理含砷廢水，相關(guān)數(shù)據(jù)如下表．
   工廠污染物排放濃度及允許排放標準

污染物	H2SO4	As
濃度	28.42g/L	1.6g?L-1
排放標準	pH6～9	0.5mg?L-1

幾種砷酸鹽的K_sp

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

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（AsO₄^3-）最大是

 

mol?L^-1．
（4）工廠排放出的酸性廢水中的三價砷（H₃AsO₃弱酸）不易沉降，可投入MnO₂先將其氧化成五價砷（H₃AsO₄弱酸），寫出該反應(yīng)的離子方程式

 

．
（5）在處理含砷廢水時采用分段式，先向廢水中投入生石灰調(diào)節(jié)pH到2，再投入生石灰將pH調(diào)節(jié)到8左右使五價砷以Ca₃（AsO₄）₂形式沉降．
①將pH調(diào)節(jié)到2時廢水中有大量沉淀產(chǎn)生，沉淀主要成分的化學式為

 

；
②Ca₃（AsO₄）₂在pH調(diào)節(jié)到8左右才開始沉淀的原因為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,化學反應(yīng)速率的影響因素,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),"三廢"處理與環(huán)境保護

專題：化學平衡專題,電離平衡與溶液的pH專題

分析：（1）依據(jù)化學平衡2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ?mol^-1，反應(yīng)時氣體體積減小的放熱反應(yīng)，結(jié)合平衡移動原理分析判斷提高尿素的產(chǎn)率，平衡正向進行；
（2）①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結(jié)合圖象變化趨勢，圖象表達反應(yīng)的判斷，反應(yīng)快慢可以依據(jù)第一步和第二步反應(yīng)的曲線斜率比較大小；當氨基甲酸銨、尿素物質(zhì)的量不再變化時，反應(yīng)達到平衡；
②根據(jù)圖象中二氧化碳在10 min時測得CO₂的物質(zhì)的量計算出用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）；
③依據(jù)化學平衡常數(shù)的表達意義和計算分析判斷平衡移動方向；
（3）依據(jù)Ksp越小，先生成沉淀，依據(jù)溶度積常數(shù)計算得到兩種濃度；
（4）根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合元素化合價的變化配平方程式；
（5）①硫酸鈣難溶于酸，所以酸性條件下能析出；
②H₃AsO₄是弱酸電離出來的AsO₄^3-較少，所以酸性條件下不易形成Ca₃（AsO₄）₂沉淀．

解答： 解：（1）A．采用高溫，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡向著逆向進行，尿素的產(chǎn)率降低，故A錯誤；
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，反應(yīng)正向進行，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錯誤；
故選B；
（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到平衡，發(fā)生的是第二部反應(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，由圖象變化可知當進行到55分鐘時，反應(yīng)達到平衡，
故答案為：2；
②反應(yīng)進行到10 min時測得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），
故答案為：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，說明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△H₂＞0，
故答案為：＞；
（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)過程中Fe³⁺先析出沉淀；依據(jù)Ksp（FeAsO₄ ）=c（Fe³⁺）c（AsO₄^3-）=5.7×10^-21；Fe³⁺的濃度均為1.0×10^-4mol?L^-1，計算得到 c（AsO₄^3-）=5.7×10^-17mol/L，
故答案為：5.7×10^-17；
（4）三價砷（H₃AsO₃弱酸）不易沉降，可投入MnO₂先將其氧化成五價砷（H₃AsO₄弱酸）同時生成Mn²⁺和H₂O，則該反應(yīng)的離子方程式為：2H⁺+MnO₂+H₃AsO₃=H₃AsO₄+Mn²⁺+H₂O，
故答案為：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時廢水中有大量沉淀產(chǎn)生，沉淀主要成分的化學式為CaSO₄，故答案為：CaSO₄；
②H₃AsO₄是弱酸電離出來的AsO₄^3-較少，所以酸性條件下不易形成Ca₃（AsO₄）₂沉淀，當溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時AsO₄^3-濃度增大，Ca₃（AsO₄）₂開始沉淀，
故答案為：H₃AsO₄是弱酸，當溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時AsO₄^3-濃度增大，Ca₃（AsO₄）₂開始沉淀．；

點評：本題考查了化學平衡的影響因素分析、化學反應(yīng)速率計算等知識，溶液中濃度的換算，沉淀溶解平衡的溶度積常數(shù)計算，離子方程式的書寫，沉淀的形成等，考查的知識點較多，題目難度中等，注意明確影響化學平衡的因素及化學反應(yīng)速率的計算方法，試題能夠提高學生的分析、理解能力及計算能力．