Question

【題目】氮的化合物應(yīng)用廣泛，但氮氧化物是重要的空氣污染物，應(yīng)降低其排放。

（1）用CO2和NH3可合成氮肥尿素[CO(NH3)2]

已知：①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4 (s) △H=-159.5 kJ·mol-1

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

③H2O(l)=H2O(g) △H=+44 kJ·mol-1

用CO2和NH3合成尿素（副產(chǎn)物是液態(tài)水）的熱化學(xué)方程式為______________。

（2）工業(yè)上常用如下反應(yīng)消除氮氧化物的污染：

CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H

在溫度為T1和T2時(shí)，分別將0.40molCH4和1.0molNO2充入體積為1L的密閉容器中，n（CH4）隨反應(yīng)時(shí)間的變化如右圖所示：

①根據(jù)右圖判斷該反應(yīng)的△H________0（填“＞”、“＜”或“＝”），理由是______________。

②溫度為T1時(shí)，0～10min內(nèi)NO2的平均反應(yīng)速率v（NO2）=__________，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___（保留三位小數(shù)）

③該反應(yīng)達(dá)到平衡后，為在提高反應(yīng)速率同時(shí)提高NO2的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有______（填標(biāo)號(hào)）。

A.改用高效催化劑 B.升高溫度

C.縮小容器的體積 D.增加CH4的濃度

（3）利用原電池反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)NO2的無(wú)害化，總反應(yīng)為6NO2+8NH3=7N2+12H2O，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，工作一段時(shí)間后，該電池正極區(qū)附近溶液pH________（填“增大”、“減小”或“不變”），負(fù)極的電極反應(yīng)式為___________________。

（4）氮的一種氫化物HN3，其水溶液酸性與醋酸相似，則NaN3溶液中各離子濃度由大到小的順序?yàn)?/span>________；常溫下，將amol·L-1 的HN3與bmol·L-1 的Ba(OH) 2溶液等體積混合，充分反應(yīng)后，溶液中存在2c(Ba2+)=c（N3-），則該混合物溶液呈_______（填“酸”、“堿”或“中”）性，溶液中c(HN3)=_________ mol·L-1。

Answer 1

【答案】 2NH3(g) +CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O (l) < T1<T2，T2時(shí)CH4的平衡含量高，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng) 0.02 mol ·L-1·min-1 2.025 D 增大 2NH3-6e-+6OH-=N2 + 6H2O c（Na+）＞c（N3﹣）＞c（OH-）＞c（H+） 中 （-b）

【解析】（1）本題考查蓋斯定律的應(yīng)用，目標(biāo)反應(yīng)是CO2＋2NH3=CO(NH2)2＋H2O，即①＋②－③得出2NH3(g) +CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O (l) ；（2）考查影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算和化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，①先達(dá)到平衡說(shuō)明反應(yīng)速率快，即T2>T1，隨著溫度的升高，甲烷的物質(zhì)的量增加，說(shuō)明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即正反應(yīng)方向△H<0；②前10s，消耗甲烷的物質(zhì)的量為(0.4－0.3)mol=0.1mol，即消耗NO2的物質(zhì)的量為2×0.1mol=0.2mol，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式，v(NO2)=0.2/(1×10)mol/(L·min)=0.02 mol/(L·min)， CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

起始（mol·L－1）0.4 1 0 0 0

變化： 0.3 0.6 0.3 0.3 0.6

平衡： 0.1 0.4 0.3 0.3 0.6 根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義，K=[c2(H2O)×c(CO2)×c(N2)]/[c2(NO2)×C(CH4)]=（0.62×0.3×0.3）/(0.42×0.1)=2.025；③A、使用催化劑，只加快反應(yīng)速率，對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響，故A錯(cuò)誤；B、正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NO2的轉(zhuǎn)化率降低，但化學(xué)反應(yīng)速率加快，故B錯(cuò)誤；C、縮小容器的體積，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，NO2的轉(zhuǎn)化率降低，但反應(yīng)速率加快，故C錯(cuò)誤；D、增加CH4的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO2的轉(zhuǎn)化率增大，化學(xué)反應(yīng)速率加快，故D正確；（3）本題考查電極反應(yīng)式的書寫，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，化合價(jià)降低，應(yīng)是NO2參與反應(yīng)，因此正極反應(yīng)式為2NO2＋4H2O＋8e－=N2＋8OH－，c(OH－)增大，pH增大；根據(jù)電池反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為2NH3-6e－+6OH－=N2 + 6H2O ；（4）醋酸屬于弱酸，HN3也屬于弱酸，因此N3－發(fā)生水解反應(yīng)，溶液顯堿性，但水解程度微弱，即離子濃度大小順序是 c（Na＋）＞c（N3﹣）＞c（OH－）＞c（H＋）；根據(jù)溶液顯電中性，即有2c(Ba2＋)＋c(H＋)=c(OH－)＋c(N3－)，因?yàn)?c(Ba2＋)=c（N3－），因此c(OH－)=c(H＋)，溶液顯中性；反應(yīng)后溶液的溶質(zhì)為Ba(N3)2和HN3，假設(shè)溶液體積為1L，則Ba(N3)2的物質(zhì)的量為bmol，則HN3的物質(zhì)的量(a－2b)mol，即c(HN3)=(a－2b)2mol·L－1。