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＝-159.47kJ/mol

②NH2CO2NH4（s）＝CO（NH2）2（s）+H2O（g）；ΔH＝akJ/mol

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

則a為_____________。

（2）反應2NH3（g）+CO2（g） CO（NH2）2（l）+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）]投料時二氧化碳轉化率的情況。

圖1 圖2 圖3

①曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的數值分別為：

A.0.6～0.7 B.1～1.1 C.1.5～1.61

生產中應選用水碳比的數值為_____________（選填序號）。

②生產中氨碳比宜控制在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為電解質溶液制造出既能提供能量，同時又能實現氮固定的新型燃料電池。請寫出該電池的正極反應式_____________。生產中可分離出的物質A的化學式為_____________。

Answer 1

【答案】

（1）+72.49；

（2）①A；②氨碳比在4.5時，NH3的量增大較多，而CO2的轉化率增加不大，提高了生產成本；

（3）①1：1；②5%；

（4）N2+6e-+8H+=2NH4+；NH4Cl。

【解析】

試題分析：（1）①2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）；△H=-159.47kJmol-1，②NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s） +H2O（g）； △H=a kJmol-1，③2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）；△H=-86.98kJmol-1，依據熱化學方程式和蓋斯定律①+②=③，得到-159.47KJ/mol+a=-86.98KJ/mol，a=+72.49KJ/mol；故答案為：+72.49；

（2）①氨碳比相同時曲線Ⅰ二氧化碳的轉化率大，所以生產中選用水碳比的數值為A；故答案為：A；

②氨碳比在4.5時，需要氨氣較多，但依據圖象分析二氧化碳轉化率增大不多，工業合成氨生成工藝較復雜，提高生產成本；故答案為：氨碳比在4.5時，NH3的量增大較多，而CO2的轉化率增加不大，提高了生產成本；

（3）①當煙氣中NO、NO2按上述反應中系數比時脫氮效果最佳，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

2x x 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）=1：1，故答案為：1：1；

②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；故答案為：5%；

（4）以N2、H2為原料，以HCl-NH4Cl為電解質溶液構成新型燃料電池，正極發生還原反應，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溶液中可以分離出氯化銨；故答案為：N2+6e-+8H+=2NH4+；NH4Cl。