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(NH2)2]。

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(l)= H2O(g) △H=+44.0kJ·mol-1

用CO2和NH3合成尿素（副產物是液態水）的熱化學方式程為____________________。

（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圖所示：

①據圖判斷該反應的△H_____0（填“﹥”“﹤”“﹦”）,理由是： __________________________。

②溫度為T1時，0～10min內，NO2的平均反應速率v(NO2)=________________。

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_______（填字母序號）。

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；常溫下，將amol·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、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 D 增大 2NH3 - 6e- + 6OH- = N2 + 6H2O 中

【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，故答案為：0.02mol·L-1·min-1；

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，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，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，錯誤；D.增加CH4的濃度，反應速率加快，平衡正向移動，NO2的轉化率增大，正確；故選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+8 e-+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)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-)=10-7 mol/L，溶液顯中性；溶液中c(N3-)=b mol/L，由微粒守恒可知溶液中c(HN3)=(0.5a-b )mol/L，故答案為：中；0.5a-b。