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=-151.5 kJ·mol-1

②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+120.5 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0.9molNO2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根據圖判斷該反應的△H______0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

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=_________ 。

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．增加CH4的濃度 C．縮小容器的體積 D．升高溫度

（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HCl溶液，工作一段時間后，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的Ba(OH) 2 與bmol/L的HN3溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在2c(Ba2+)=c（N3-），則該溶液中c(HN3)=_________ mol/L。

Answer 1

【答案】2NH3(g) +CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O (l) △H=-75kJ/mol < 0.02 mol ·L-1·min-1 3.6 B 2NH3 - 6e- = N2 + 6H+ c（Na+）＞c（N3﹣）＞c（OH-）＞c（H+） （0.5b-a）

【解析】

（1）結合蓋斯定律計算①+②③得到CO2和NH3合成尿素(副產物是液態水)的熱化學方程式；

（2）①先拐先平溫度高，升高溫度甲烷物質的量增大，說明升溫平衡逆向移動；

②溫度T1時，0～10min內NO2的平均反應速率v=，平衡常數K= ；

③提高反應速率同時提高NO2的轉化率，增大反應速率同時平衡正向進行，結合化學平衡移動原理和反應特征分析判斷；

（3）正極上是二氧化氮得到電子發生還原反應，負極上是氨氣失電子發生氧化反應，結合電極反應分析判斷；

（4）NaN3溶液中N3水解，溶液呈堿性，結合溶液中電荷守恒分析溶液中離子濃度大小順序；結合反應2HN3+Ba(OH)2=Ba(N3)2+2H2O的定量關系計算剩余HN3物質的量得到溶液中HN3濃度。

（1）①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4 (s) △H=-151.5 kJ·mol-1

②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+120.5 kJ·mol-1

③H2O(l)=H2O(g) △H=+44 kJ·mol-1

結合蓋斯定律計算①+②③得到CO2和NH3合成尿素(副產物是液態水)的熱化學方程式：2NH3(g) +CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O (l) △H=-75kJ/mol，

故答案為：2NH3(g) +CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O (l) △H=-75kJ/mol；

（2）CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H，

①結合圖像分析，先拐先平溫度高，即T2>T1，溫度越高甲烷物質的量越大，證明升溫平衡逆向進行，正反應為為放熱反應，△H<0，

故答案為：<；

②溫度T1時，0～10min內，甲烷物質的量減小0.4mol0.3mol=0.1mol，反應的二氧化氮物質的量為0.2mol， NO2的平均反應速率v(NO2)= =0.02 mol ·L-1·min-1，

結合三段式計算平衡濃度得到平衡常數，平衡狀態下甲烷物質的量0.1mol，

K==3.6；

③CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，反應為氣體體積增大的放熱反應，

A、改用高效催化劑增大反應速率不改變化學平衡，轉化率不變，故A不符合題意；

B、增加CH4的濃度，反應速率增大，提高NO2的轉化率，故B符合題意；

C、縮小容器的體積，增大壓強反應速率增大，平衡逆向進行，反應物轉化率減小，故C不符合題意；

D、反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向進行，反應速率增大，轉化率減小，故D不符合題意；

故答案為：B；

（3）6NO2+8NH3=7N2+12H2O，正極上是二氧化氮得到電子發生還原反應，電極反應為：2NO2+8e+4H2O=N2+8OH，負極上是氨氣失電子發生氧化反應，電極反應為：2NH3 - 6e- = N2 + 6H+；

（4）NaN3溶液中N3水解，溶液呈堿性，故溶液中離子濃度c(Na+)＞c(N3﹣)＞c(OH-)＞c(H+)；常溫下，將amolL1的HN3與bmolL1的Ba(OH)2溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在電荷守恒，c(H+)+2c(Ba2+)=c(N3)+c(OH)，當2c(Ba2+)=c(N3)，c(H+)=c(OH)，則該混合物溶液呈中性，2HN3+Ba(OH)2=Ba(N3)2+2H2O，溶液呈中性，溶液中c(HN3)=mol/L =（0.5b-a）mol/L。