Question

【題目】氨是生產氮肥、尿素等物質的重要原料。

（1）合成氨反應N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)在一定條件下能自發進行的原因是 。電化學法是合成氨的一種新方法，其原理如圖1所示，陰極的電極反應式是 。

（2）氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]對合成尿素[2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(g)+H2O(g)]有影響，恒溫恒容時，將總物質的量3 mol的NH3和CO2以不同的氨碳比進行反應，結果如圖2所示。a、b線分別表示CO2或NH3的轉化率變化，c線表示平衡體系中尿素的體積分數變化。[n(NH3)/ n(CO2)]= 時，尿素產量最大；經計算，圖中y= （精確到0.01）。

（3）廢水中含氮化合物的處理方法有多種。

①NaClO溶液可將廢水中的NH4+轉化為N2。若處理過程中產生N20.672 L（標準狀況），則需要消耗0.3mol·L-1的NaClO溶液 L。

②在微生物的作用下，NH4+經過兩步反應會轉化為NO3-，兩步反應的能量變化如圖3所示。則1 mol NH4+(aq)全部被氧化成NO3-(aq)時放出的熱量是 kJ。

③用H2催化還原法可降低水中NO3-的濃度，得到的產物能參與大氣循環，則反應后溶液的pH （填“升高”、“降低”或“不變”）。

Answer 1

【答案】（1）△H <0 N2+6H++6e—=2NH3

（2）2 0.36

（3）①0.3 ②346 ③升高

【解析】試題分析：（1）N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）的△S＜0，自發進行可知△H﹣T△S＜0，則△H＜0，合成氨的陰極反應為N2+6H++6e﹣=2NH3；

（2）由圖可知，橫坐標為n（NH3）/n（CO2）=2時，尿素的體積分數最大，且y點氨氣的轉化率為80%，

2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（g）+H2O（g）

起始濃度（mol．L﹣1） 2 1 0 0

變化濃度（ol．L﹣1） 1.6 0.8 0.8 0.8

平衡濃度（mol．L﹣1） 0.4 0.2 0.8 0.8

平衡CO（NH2）2的體積分數y==0.36；

（3）①N失去電子，Cl得到電子，設消耗0.3molL﹣1的NaClO溶液為xL，由電子守恒可知，0.3mol×xL×2=×2×3，解得x=0.3；

②由圖可知，第一步熱化學反應為NH4+（aq）+1.5O2（g）=2H+（aq）+NO2﹣（aq）+H2O（l）△H=﹣273 kJmol﹣1①，

第二步熱化學反應為NO2﹣（aq）+0.5O2（g）=NO3﹣（aq））△H=﹣73kJmol﹣1②，

由蓋斯定律可知①+②得1mol NH4+（aq）全部氧化成NO3﹣（aq）的熱化學方程式為NH4+（aq）+2O2（g）=2H+（aq）+NO3﹣（aq）+H2O（l）△H=﹣346 kJmol﹣1，即放出346kJ的熱量；

③H2催化還原飲用水中NO3﹣，反應中的還原產物和氧化產物均可參與大氣循環，則產物為水和氮氣，該反應為5H2+2NO3﹣N2+4H2O+2OH﹣，氫氧根離子濃度增大，則pH升高