Question

【題目】氮的化合物合成、應用及氮的固定一直是科學研究的熱點。

（1）以CO2與NH3為原料合成化肥尿素的主要反應如下：

①2NH3（g）＋CO2（g）＝NH2CO2NH4（s）；ΔH＝－159.47 kJ·mol－1

②NH2CO2NH4（s）＝CO（NH2）2（s）＋H2O（g）；ΔH＝a kJ·mol－1

③2NH3（g）＋CO2（g）＝CO（NH2）2（s）＋H2O（g）；ΔH＝－86.98 kJ·mol－1

則a為 。

（2）反應2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g） 在合成塔中進行。下圖1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三條曲線為合成塔中按不同氨碳比 [n（NH3）/n（CO2）]和水碳比[n（H2O）/n（CO2）]投料時二氧化碳轉(zhuǎn)化率的情況。

圖1 圖2 圖3

①曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的數(shù)值分別為：

A. 0.6～0.7 B. 1～1.1 C. 1.5～1.61

生產(chǎn)中應選用水碳比的數(shù)值為 （選填序號）。

②生產(chǎn)中氨碳比宜控制在4.0左右，而不是4.5的原因可能是 。

（3）尿素可用于濕法煙氣脫氮工藝，其反應原理為：

NO＋NO2＋H2O＝2HNO2；2HNO2＋CO（NH2）2＝2N2↑＋CO2↑＋3H2O。

①當煙氣中NO、NO2按上述反應中系數(shù)比時脫氮效果最佳。若煙氣中V（NO）∶V（NO2）＝5∶1時，可通入一定量的空氣，同溫同壓下，V（空氣）∶V（NO）＝ （空氣中氧氣的體積含量大約為20%）。

②圖2是尿素含量對脫氮效率的影響，從經(jīng)濟因素上考慮，一般選擇尿素濃度約為 %。

（4）圖3表示使用新型電極材料，以N2、H2為電極反應物，以HCl－NH4Cl為電解質(zhì)溶液制造出既能提供能量，同時又能實現(xiàn)氮固定的新型燃料電池。請寫出該電池的正極反應式 。生產(chǎn)中可分離出的物質(zhì)A的化學式為 。

Answer 1

【答案】20．（14分）

（1）＋72.49（2分）

（2）①A （2分）

②氨碳比在4.5時，NH3的量增大較多，而CO2的轉(zhuǎn)化率增加不大，提高了生產(chǎn)成本（2分）

（3）①1∶1（2分） ②5（±0.2）% （2分）

（4）N2＋6e—＋8H+＝2NH4+（2分） NH4Cl（2分）

【解析】試題解析: 依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律①+②=③，得到-159.47KJ/mol+a=-86.98KJ/mola=+72.49KJ/mol；答案為：+72.49；（2）①氨碳比相同時曲線Ⅰ二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大，所以生產(chǎn)中選用水碳比的數(shù)值為A；答案為：A；②氨碳比在4.5時，需要氨氣較多，但依據(jù)圖象分析二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大不多，工業(yè)合成氨生成工藝較復雜，提高生產(chǎn)成本；答案為：氨碳比在4.5時，NH3的量增大較多，而CO2的轉(zhuǎn)化率增加不大，提高了生產(chǎn)成本；（3）①當煙氣中NO、NO2按上述反應中系數(shù)比時脫氮效果最佳，即1：1，若煙氣中V（NO）：V（NO2）=5：1時，設通入空氣中氧氣體積為x；則2NO+O2=2NO2（5×2x）/（1+2x） =1：1，計算得到x=1；空氣體積為5；所以同溫同壓下，V（空氣）：V（NO）=1：1②圖象分析可知，當尿素濃度為5mol/L左右時，脫氮效率基本不變，所以從經(jīng)濟因素上考慮，一般選擇尿素濃度約為5%左右大達到較大的脫氮效率；（4）以N2、H2為原料，以HCl-NH4Cl為電解質(zhì)溶液構(gòu)成新型燃料電池，正極發(fā)生還原反應，即氮氣被還原生成NH4+，電極反應式為N2+6e-+8H+=2NH4+；負極是氫氣失電子生成氫離子，政績生成銨根離子在電解質(zhì)溶液溶液中可以分離出氯化銨；

考點: 蓋斯定律應用；燃料電池極反應；化學平衡理論應用；