Question

【題目】氮的化合物應用廣泛，但氮氧化物是重要的空氣污染物，應降低其排放。

（1）用CO2和NH3可合成氮肥尿素[CO(NH3)2]

已知：①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4 (s) △H=-159.5 kJ·mol-1

②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.5 kJ·mol-1

③H2O(l)=H2O(g) △H=+44 kJ·mol-1

用CO2和NH3合成尿素（副產物是液態水）的熱化學方程式為______________。

（2）工業上常用如下反應消除氮氧化物的污染：

CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H

在溫度為T1和T2時，分別將0.40molCH4和1.0molNO2充入體積為1L的密閉容器中，n（CH4）隨反應時間的變化如右圖所示：

①根據右圖判斷該反應的△H________0（填“＞”、“＜”或“＝”），理由是______________。

②溫度為T1時，0～10min內NO2的平均反應速率v（NO2）=__________，反應的平衡常數K=___（保留三位小數）

③該反應達到平衡后，為在提高反應速率同時提高NO2的轉化率，可采取的措施有______（填標號）。

A.改用高效催化劑 B.升高溫度

C.縮小容器的體積 D.增加CH4的濃度

（3）利用原電池反應可實現NO2的無害化，總反應為6NO2+8NH3=7N2+12H2O，電解質溶液為NaOH溶液，工作一段時間后，該電池正極區附近溶液pH________（填“增大”、“減小”或“不變”），負極的電極反應式為___________________。

（4）氮的一種氫化物HN3，其水溶液酸性與醋酸相似，則NaN3溶液中各離子濃度由大到小的順序為________；常溫下，將amol·L-1 的HN3與bmol·L-1 的Ba(OH) 2溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在2c(Ba2+)=c（N3-），則該混合物溶液呈_______（填“酸”、“堿”或“中”）性，溶液中c(HN3)=_________ mol·L-1。

Answer 1

【答案】 2NH3(g) +CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O (l) < T1<T2，T2時CH4的平衡含量高，說明升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應 0.02 mol ·L-1·min-1 2.025 D 增大 2NH3-6e-+6OH-=N2 + 6H2O c（Na+）＞c（N3﹣）＞c（OH-）＞c（H+） 中 （-b）

【解析】（1）本題考查蓋斯定律的應用，目標反應是CO2＋2NH3=CO(NH2)2＋H2O，即①＋②－③得出2NH3(g) +CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O (l) ；（2）考查影響化學平衡移動的因素、化學反應速率的計算和化學平衡常數的計算，①先達到平衡說明反應速率快，即T2>T1，隨著溫度的升高，甲烷的物質的量增加，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，即正反應方向△H<0；②前10s，消耗甲烷的物質的量為(0.4－0.3)mol=0.1mol，即消耗NO2的物質的量為2×0.1mol=0.2mol，根據化學反應速率的表達式，v(NO2)=0.2/(1×10)mol/(L·min)=0.02 mol/(L·min)， CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

起始（mol·L－1）0.4 1 0 0 0

變化： 0.3 0.6 0.3 0.3 0.6

平衡： 0.1 0.4 0.3 0.3 0.6 根據化學平衡常數的定義，K=[c2(H2O)×c(CO2)×c(N2)]/[c2(NO2)×C(CH4)]=（0.62×0.3×0.3）/(0.42×0.1)=2.025；③A、使用催化劑，只加快反應速率，對化學平衡無影響，故A錯誤；B、正反應方向是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，NO2的轉化率降低，但化學反應速率加快，故B錯誤；C、縮小容器的體積，增大壓強，平衡向逆反應方向進行，NO2的轉化率降低，但反應速率加快，故C錯誤；D、增加CH4的濃度，平衡向正反應方向移動，NO2的轉化率增大，化學反應速率加快，故D正確；（3）本題考查電極反應式的書寫，正極上發生還原反應，化合價降低，應是NO2參與反應，因此正極反應式為2NO2＋4H2O＋8e－=N2＋8OH－，c(OH－)增大，pH增大；根據電池反應，負極反應式為2NH3-6e－+6OH－=N2 + 6H2O ；（4）醋酸屬于弱酸，HN3也屬于弱酸，因此N3－發生水解反應，溶液顯堿性，但水解程度微弱，即離子濃度大小順序是 c（Na＋）＞c（N3﹣）＞c（OH－）＞c（H＋）；根據溶液顯電中性，即有2c(Ba2＋)＋c(H＋)=c(OH－)＋c(N3－)，因為2c(Ba2＋)=c（N3－），因此c(OH－)=c(H＋)，溶液顯中性；反應后溶液的溶質為Ba(N3)2和HN3，假設溶液體積為1L，則Ba(N3)2的物質的量為bmol，則HN3的物質的量(a－2b)mol，即c(HN3)=(a－2b)2mol·L－1。