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

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

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

③H2O(1)===H2O(g) △H=+44kJ·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0.40 mol CH4和1.0 mol NO2充入體積為1L的密閉容器中，n(CH4)隨反應時間的變化如圖所示：

①根據如圖判斷該反應的△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(NO)2=___________，反應的平衡常數K=______(保留三位小數)

③該反應達到平衡后，為再提高反應速率同時提高NO2的轉化率，可采取的措施有______(填編號)。

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 a mol·L－1的HN3與b mol·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】CO2(g)+ 2NH3(g) = CO(NH2)2(s) + H2O(l) △H＝-87.0kJ/mol ＜ 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，逆向吸熱，正向放熱 0.02mol·L-1·min-1 2.025 D 增大 2NH3 - 6e- + 6OH- = N2 + 6H2O c(Na+)>c(N3-)>c(OH-)>c(H+) 中 0.5a-b

【解析】

(1)已知：①2NH3(g)+CO2(g)＝NH2CO2NH4(s) △H=-159.5 kJ/mol，②NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.5 kJ/mol，③H2O(l)＝H2O(g) △H=+44.0 kJ/mol，根據蓋斯定律，將①+②-③得：CO2(g)+2NH3(g)＝CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=(-159.5 kJ/mol)+(+116.5 kJ/mol)-(+44.0 kJ/mol)=-87.0kJ/mol，故答案為：CO2(g)+2NH3(g)＝CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H＝-87.0kJ/mol；

(2) ①根據圖像，T2時先達到平衡，說明T2＞T1，溫度越高平衡時甲烷物質的量越大，說明平衡逆向進行，因此正反應為放熱反應，△H＜0，故答案為：＜；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，逆向吸熱，正向放熱；

②溫度為T1時，10min時，n(CH4)=0.3mol，根據方程式，反應的n(NO2)=2×(0.4mol-0.3mol)=0.2mol，NO2的平均反應速率v(NO2)== 0.02mol·L-1·min-1，

根據圖中信息可知，平衡時n(CH4)=0.10mol，故有：

CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

開始時濃度(mol/L) 0.4 1.0 0 0 0

改變的濃度(mol/L) 0.30 0.6 0.3 0.3 0.6

平衡時濃度(mol/L) 0.10 0.4 0.3 0.3 0.6

K=；

③A.改用高效催化劑，不能影響平衡的移動，不能提高NO2的轉化率，選項A錯誤；

B.升高溫度，反應速率加快，平衡逆向移動，NO2的轉化率減小，選項B錯誤；

C.縮小容器的體積，物質的濃度增大，反應速率加快，平衡逆向移動，NO2的轉化率減小，選項C錯誤；

D.增加CH4的濃度，反應速率加快，平衡正向移動，NO2的轉化增大，選項D正確；

答案選D；

(3)利用原電池反應可實現NO2的無害化的總反應為6NO2+8NH3=7N2+12H2O，電解質溶液為NaOH溶液。工作時，正極上二氧化氮得到電子生成氮氣，電極方程式為2NO2+8e-+4H2O＝N2+8OH-，正極附近溶液的pH增大；負極上氨氣失去電子生成氮氣，電極反應式為2NH3-6e-+6OH-＝N2+6H2O，故答案為：增大；2NH3-6e-+6OH-＝N2+6H2O；

(4)氮的一種氫化物HN3，其水溶液酸性與醋酸相似，則NaN3為強堿弱酸鹽，水解呈堿性，溶液中各離子濃度由大到小的順序為c(Na+)>c(N3-)>c(OH-)>c(H+)；混合后溶液中c(Ba2+)=0.5b mol/L，根據電荷守恒：2c(Ba2+)+c(H+)=c(N3-)+c(OH-)，溶液中存在2c(Ba2+)= c(N3-)，則c(H+)=c(OH-)，溶液顯中性；溶液中c(N3-)=b mol/L，由物料守恒可知溶液中c(HN3)=(0.5a-b)mol/L，故答案為：中；0.5a-b。