Question

【題目】氮是動植物生長不可缺少的元素，氮在自然界中的循環(huán)對生命有重要意義。

（1）合成氨反應為N2（g）+3H2（g） 2 NH3（g） H=-92.3kJ/mol，工業(yè)上為了提高H2的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是：____________________。

A.使用催化劑 B.增大N2濃度 C增大壓強 D.升高溫度 E.及時分離生成的NH3

（2）氮的氧化物屬大氣污染物，為變廢為寶可將NO和NO2按一定的比例通入NaOH溶液使之恰好完全被吸收生成NaNO2，寫出該反應的離子方程式：_______________________________。

（3）NH3是重要的化工原料，用途廣泛，如合成尿素等。合成尿素原理分兩步：

CO2（g）+ 2 NH3（g）== NH2COONH4(s) H1=-159.5kJ/mol

NH2COONH4(s) == CO(NH2)2(s) + H2O(g) H2=+28.5kJ/mol

則2NH3（g）+ CO2（g）== CO(NH2)2(s) + H2O(g) H=____________kJ/mol

（4）向溫度為T容積為1L的剛性密閉容器中通入1molN2和3molH2發(fā)生N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）的反應。體系總壓強p與反應時間t的關系如下表：

t/h	0	1	2	4	8	16
p/Mpa	30.0	28.0	26.5	25.5	25.0	25.0

則H2的平衡轉(zhuǎn)化率α(H2)=_____（保留1位小數(shù)），平衡常數(shù)K=_____（用分數(shù)表示）。

（5）現(xiàn)有25℃時某濃度的氯化銨溶液中NH3H2O和NH4+的濃度隨pH的變化示意圖如圖Ⅰ所示，該溫度下NH3H2O電離平衡常數(shù)為____________（用a的代數(shù)式表示）。

（6）利用微生物的作用將化學能轉(zhuǎn)化為電能即設計成微生物電池可用于同時處理含硝酸鈉和有機物的廢水，使NO3- 轉(zhuǎn)化為N2，裝置原理如圖Ⅱ（圖中有機物用C6H12O6表示）。寫出電極b上發(fā)生的電極反應式：_________________________________________。

Answer 1

【答案】BCE NO+NO2+2OH-==2NO2- + H2O -131.0 33.3% 1/12 10a-14 2NO3- + 6H2O + 10e- = N2 + 12OH-

【解析】

本題是化學反應原理的綜合題，主要考查蓋斯定律的應用，電離平衡常數(shù)的計算，原電池原理，化學平衡的計算。(1)結(jié)合N2（g）+3H2（g） 2 NH3（g）可知，增大N2濃度、增大壓強、及時分離生成的NH3可以提高H2的轉(zhuǎn)化率；

（2）NO和NO2通入NaOH溶液恰好完全被吸收生成NaNO2，據(jù)此分析；

（3）利用蓋斯定律計算該反應的焓變；

（4）利用三段式，計算平衡時各物質(zhì)的濃度，并計算轉(zhuǎn)化率及平衡常數(shù)；

（5）根據(jù)NH3H2O電離平衡常數(shù)表達式計算此時的電離平衡常數(shù)；

（6）根據(jù)圖示電極b上的反應為NO3-→N2，據(jù)此分析；

(1)對于N2（g）+3H2（g） 2 NH3（g）的反應，A.使用催化劑，平衡不移動，H2的轉(zhuǎn)化率不變，故A項錯誤；

B.增大N2濃度，平衡正向移動，H2的轉(zhuǎn)化率增大，故B項正確；

C.增大壓強，平衡正向移動，H2的轉(zhuǎn)化率增大，故C項錯誤；

D.該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，H2的轉(zhuǎn)化率減小，故D項錯誤；

E.及時分離生成的NH3，平衡正向移動，H2的轉(zhuǎn)化率增大，故E項正確；

綜上，本題選BCE。

(2)NO和NO2按一定的比例通入NaOH溶液，完全反應生成NaNO2，屬于價態(tài)歸中的氧化還原反應，配平得到NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+ H2O，離子反應方程式為NO+NO2+2OH-==2NO2- + H2O，因此，本題答案為：NO+NO2+2OH-==2NO2- + H2O；

(3)CO2（g）+ 2NH3（g）= NH2COONH4（s）ΔH1=- 159.5kJ/mol ① ，NH2COONH4（s）= CO（NH2）2（s）+ H2O（g）ΔH2=+28.5kJ/mol ②，應用蓋斯定律，①+②得，2NH3（g）+ CO2（g）= CO（NH2）2（s）+ H2O（g）ΔH=ΔH1+ΔH2=（-159.5kJ/mol）+（+28.5kJ/mol）=-131.0kJ/mol，因此，本題答案為：-131.0；

(4)由表可知，向體系中加入1molN2和3molH2，初始壓強為30Mpa，達到平衡時壓強為25Mpa，由壓強之比等于物質(zhì)的量之比可知，n0：n平=30:25 ，則n平=10/3mol，設平衡時，消耗氮氣x mol，得到三段式為

N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）

n0 1mol 3mol 0mol

Δn x mol 3x mol 2x mol

n平 (1-x) mol (3-3x) mol 2x mol

則1-x+3-3x+2x=10/3，解得x=1/3，故H2的平衡轉(zhuǎn)化率α(H2)=1mol/3mol×100%=33.3%；平衡常數(shù)K=c2(NH3)/c(N2)c3(H2)=(2/3)2/(2/3) ×23=1/12，因此，本題答案為：33.3%；1/12；

(5)NH3·H2O的電離方程式為NH3·H2ONH4++OH-，NH3·H2O的電離平衡常數(shù)=c(NH4+)·c(OH-)/c(NH3·H2O)，由圖知當c（NH4+）=c（NH3·H2O）時pH=a，此時c（H+）=10-amol/L，c（OH-）=10a-14mol/L，則NH3·H2O的電離平衡常數(shù)=10a-14，因此，本題答案為:10a-14；

(6)根據(jù)圖示電極b上的反應為NO3-→N2，N元素的化合價由+5價降至0價，根據(jù)N守恒，2molNO3-得到10mol電子生成1molN2/span>，2NO3-+10e-→N2↑，結(jié)合原子守恒，電極b上的電極反應式為2NO3-+10e-+6H2O=N2↑+12OH-，因此，本題答案為: 2NO3- + 6H2O + 10e- = N2 + 12OH-；