Question

【題目】二氧化碳和氨是重要的化工產品，是純堿工業、制造硝酸、銨鹽和氮肥等的原料。

（1）CO2的電子式是 。

（2）以NH3與CO2為原料合成尿素[化學式為CO(NH2)2]的主要反應如下：

① 2NH3(g)+CO2(g) = NH2CO2NH4(s) △H=－l59.5 kJ·mol-1

② NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.5 kJ·mol-1

③ H2O(1) = H2O(g) △H=+44.0kJ·mol-1

寫出CO2與NH3合成尿素和液態水的熱化學反應方程式 ；

（3）NH3和O2在鉑系催化劑作用下從145℃就開始反應：

4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) △H＝－905kJ·mol-1

不同溫度下NO產率如下圖1所示，由此圖可知溫度對NO產率的影響規律為 ，請用化學反應速率和化學平衡理論解釋其原因： 。

圖1 圖2

（4）以NO2、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池裝置如圖2所示，在使用過程中石墨I電極反應生成一種氧化物Y，有關石墨I電極反應可表示為_______________。

（5）已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常數K=1.75×10－5，H2CO3的電離平衡常數K1=4.4×10－7，K2=4.7×10－11。 常溫下，用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液，NH4HCO3溶液顯__________（填“酸性”、“中性”或“堿性”）；計算反應NH4++HCO3—+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數K= （結果保留2位有效數字）。

Answer 1

【答案】（1）（×寫成●也可以，2分）

（2）2NH3(g)+CO2(g)= CO(NH2)2(s) +H2O(l) △H= -87.0 kJ·mol-1 （2分）

（寫可逆符號也可以，方程式1分，△H 1分）

（3）145℃到900℃時，NO產率隨溫度升高而增大（1分）；溫度高于900℃時，NO產率隨溫度升高而減小（1分）（共2分，分要點給分，若答“NO產率隨溫度升高先增大后減小”只給1分）。

145℃到900℃時，溫度升高，反應速率加快，NO產率增大（1分）；該反應的正反應為放熱反應，溫度高于900℃時，化學平衡向逆反應方向移動，NO產率減小（2分）[共3分，分要點給分]

（4）NO2＋NO3－－e－＝N2O5（2分）

（5）堿性（2分），1.3×10-3（或0.0013）（2分）

【解析】

試題分析：（1）CO2的電子式是；

（2）① 2NH3(g)+CO2(g) = NH2CO2NH4(s) △H=－l59.5 kJ·mol-1② NH2CO2NH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.5 kJ·mol-1 ③ H2O(1) = H2O(g) △H=+44.0kJ·mol-1，根據蓋斯定律，①+②-③得2NH3(g)+CO2(g)= CO(NH2)2(s) +H2O(l) △H= -159.5+116.5-44=-87.0 kJ·mol-1 ；

（3）由此圖可知溫度為145℃到900℃時，NO產率隨溫度升高而增大，當溫度高于900℃時，NO產率隨溫度升高而減小；其原因是因為溫度145℃到900℃時，反應未達平衡狀態，溫度升高，反應速率加快，NO產率增大；溫度在900℃時，反應達到平衡狀態，溫度高于900℃時，由于該反應的正反應為放熱反應，溫度高于900℃時，化學平衡向逆反應方向移動，NO產率減小；

（4）燃料電池中通氧氣的一極為正極，通燃料的一極為負極，則石墨I極為負極，石墨II極為正極，負極上NO2失電子生成N2O5，則石墨I極的電極反應式為NO2＋NO3－－e－＝N2O5；

（5）NH3·H2O的電離平衡常數K=1.75×10－5，H2CO3的電離平衡常數K1=4.4×10－7，K2=4.7×10－11，可知，NH4HCO3溶液中NH4+的水解程度弱于HCO3-，所以NH4HCO3溶液顯堿性；NH4++HCO3—+H2O NH3·H2O+H2CO3的平衡常數K=c(NH3·H2O)c(H2CO3)/c(NH4+)c(HCO3—)，由于NH3·H2O的電離平衡常數K= c(NH4+)c(OH-)/ c(NH3·H2O)=1.75×10－5，H2CO3的電離平衡常數K1= c(HCO3—) c(H+)/ c(H2CO3)=4.4×10－7，所以[c(NH4+)c(OH-)/ c(NH3·H2O)][ c(HCO3—) c(H+)/ c(H2CO3)]=Kw/[c(NH3·H2O)c(H2CO3)/c(NH4+)c(HCO3—)]= 1.75×10－5×4.4×10－7=7.7×10－12，所以c(NH3·H2O)c(H2CO3)/c(NH4+)c(HCO3—)= Kw/ 7.7×10－12=1.3×10-3=0.0013。