Question

【題目】氨是重要的基礎化工原料，可以制備亞硝酸（HNO2）、連二次硝酸（H2N2O2）、尿素[CO（NH2）2]等多種含氮的化工產品。

（1）水能發生自偶電離2H2OH3O++OH－，液氨比水更難電離，試寫出液氨的自偶電離方程式_______。

（2）25℃時，亞硝酸和連二次硝酸的電離常數如下表所示：

化學式	HNO2	H2N2O2
電離常數	Ka=5.1×10－4	Ka1=6.17×10－8、Ka2=2.88×10－12

①物質的量濃度相同的NaNO2和NaHN2O2溶液的pH（NaNO2）_____pH（NaHN2O2）（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②25℃時NaHN2O2溶液中存在水解平衡，其水解常數Kh=_______（保留三位有效數字）。

③0.lmol/LNa2N2O2溶液中離子濃度由大到小的順序為____________。

（3）以NH3與CO2為原料可以合成尿素[CO（NH2）2]，涉及的化學反應如下：

反應I：2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s） △H1=-159.5kJmol-1；

反應II：NH2CO2NH4（s）CO（NH2）2（s）+H2O（g） △H2=+116.5kJmol-1；

反應III：H2O（l）═H2O（g） △H3=+44.0kJmol-1。

則反應Ⅳ：NH3與CO2合成尿素同時生成液態水的熱化學方程式為____________。

（4）T1℃時，向容積為2L的恒容密閉容器中充入n（NH3）:n（CO2）=2:l的原料氣，使之發生反應Ⅳ，反應結束后得到尿素的質量為30g，容器內的壓強p隨時間t的變化如圖1所示。

①T1℃時，該反應的平衡常數K的值為___________。

②圖2中能正確反應平衡常數K隨溫度變化關系的曲線為__________（填字母標號）。

（5）據文獻報道，二氧化碳可以在酸性水溶液中用惰性電極電解制得乙烯，其原理如圖3所示。則b電極上的電極反應式為______________。

Answer 1

【答案】2NH3NH4+ + NH2－ ＜ 1.62×10－7 c（Na+）＞c（N2O22－）＞c（OH－）＞c（HN2O2－）＞c（H+） 2NH3（g） + CO2（g）CO（NH2）2（s） + H2O（l） △H =－87.0kJmol－1 128（mol/L）－3 a 2CO2 + 12H+ + 12e－ ===C2H4 + 4H2O

【解析】

由弱酸的相對強弱（電離常數），可推知對應鹽水解能力的強弱；據蓋斯定律，將熱化學方程式加減得新的熱化學方程式；由平衡濃度計算平衡常數，據溫度對平衡的影響判斷平衡常數與溫度的關系；依電解原理和離子方程式的要求書寫電極反應式。

（1）水自偶電離方程式中，一個水分子電離生成H+和OH－，H+與另一個水分子以配位鍵結合成H3O+。可模仿寫出液氨的自偶電離方程式2NH3NH4+ + NH2－。

（2）電離常數（酸性）：HNO2>H2N2O2>HN2O2－，則水解常數（堿性）：NO2－<HN2O2－<N2O22－。

①物質的量濃度相同的NaNO2和NaHN2O2溶液中，水解程度NO2－<HN2O2－，溶液pH(NaNO2)＜pH(NaHN2O2)。

②25 ℃ 時，NaHN2O2水解常數Kh＝Kw/Ka1＝10－14 /(6.17×10－8)＝1.62×10－7。

③0.lmol/L Na2N2O2溶液中，溶質完全電離Na2N2O2＝2Na+N2O22－，陰離子分步微弱水解N2O22－+H2OHN2O2－+OH－、HN2O2－+H2OH2N2O2+OH－，水極弱電離H2OH++OH－，離子濃度由大到小的順序為c(Na+)＞c(N2O22－)＞c(OH－)＞c(HN2O2－)＞c(H+）。

（3）NH3與CO2合成尿素時，由分步反應消去中間產物NH2CO2NH4(s)、H2O(g)，即IV式＝I式+II式－III式，反應IV的熱化學方程式為2NH3(g)+ CO2(g)CO(NH2)2(s)+ H2O(l) △H =－87.0kJmol－1。

（4）① T1℃、2L：2NH3(g) + CO2(g) CO(NH22(s) + H2O(l)

設起始/mol： 2x x 0 0

轉化/mol： 1.0 0.5 0.5 0.5

平衡/mol： 2x-1.0 x-0.5 (30/60) 0.5

因恒溫恒容時氣體的壓強比等于物質的量之比，得，x＝0.75。

該反應的平衡常數K＝＝＝128(mol/L)－3。

②反應IV正反應放熱，升高溫度使平衡左移，平衡常數K減小，故選曲線a。

（5）根據碳原子數守恒和碳元素化合價的變化，可得2CO2+12e-→C2H4；酸性溶液中，CO2中－2價氧原子與H+結合成水，C2H4中+1價氫也來自H+，故電解時b電極（陰極）反應式為2CO2 + 12e－ + 12H+＝C2H4 + 4H2O。