Question

【題目】氮及其化合物在生活和生產中應用廣泛。

(1)合成氨用的H2可以CH4為原料制得。有關化學反應的能量變化如下圖所示。則CH4(g) 與H2O(g)反應生成CO(g)和H2(g)的熱化學方程式為________________________________________________。

(2)氨氣制取尿素[CO(NH2)2]的合成塔中發生反應：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)。下圖為合成塔中不同氨碳比a[n(NH3)/n(CO2)]和水碳比b[n(H2O)/n(CO2)]＝1時二氧化碳轉化率(x%)的曲線圖。請畫出在相同條件下，a＝3.5～4.5范圍內，b[n(H2O)/n(CO2)]＝1.5時的二氧化碳轉化率(x%)的曲線圖。_______。

(3)疊氮酸鈉(NaN3)常用于汽車安全氣囊中，工業生產NaN3主要是在175 ℃時把NaNO3粉末加到熔化的NaNH2中，此外還生成兩種常見的堿性物質，請寫出上述過程的化學方程式：__________________。

(4)疊氮酸(HN3)是一種一元弱酸，在水溶液中存在：HN3H＋＋N，常溫下將a mol NaN3加入到b L c mol·L－1的HN3溶液中，所得溶液呈中性，計算該溫度下HN3的電離平衡常數Ka＝____________(用含字母的代數式表示，忽略溶液體積變化)。

(5)羥胺NH2OH可以看作是NH3分子內的一個氫原子被羥基取代的衍生物。以硝酸、硫酸水溶液作電解質進行電解，在汞電極上NO可轉化為NH2OH，以鉑為另一極，則該電解反應的總化學方程式為_____________________________________________________________。

Answer 1

【答案】 CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) 　ΔH＝161.1 kJ·mol－1 )NaNO3＋3NaNH2===NaN3＋3NaOH＋NH3 ↑ 2HNO3＋2H2O2NH2OH＋3O2↑

【解析】本題以氮及其化合物考查化學反應原理，涉及的考點有蓋斯定律、熱化學方程式的書寫、平衡常數的計算、電極反應式的書寫等。（1）圖1、圖2、圖3寫出熱化學方程式分別為：①CO（g）+O2（g）═CO2（g）△H=-282kJmol-1②H2（g）+O2（g）═H2O（g）△H=-241.8kJmol-1③CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=-846.3kJmol-1，由③-（①+②×3）得：CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+161.1kJmol-1，故答案為：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) 　ΔH＝+161.1 kJ·mol－1；(2) 當水碳比由1增大到1.5時，結合方程式2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(l)＋H2O(g)，平衡向逆向移動，二氧化碳轉化率降低，故其在相同條件下，a＝3.5～4.5范圍內，b[n(H2O)/n(CO2)]＝1.5時的二氧化碳轉化率(x%)的曲線圖為：；(3) 175 ℃時把NaNO3粉末加到熔化的NaNH2中制備NaN3，還生成兩種常見的堿性物質為NaOH和NH3，化學反應方程式為：NaNO3＋3NaNH2===NaN3＋3NaOH＋NH3 ↑；(4) 溶液呈中性，c(H+)=10-7，因電離是微弱的，則c(N)==，c(HN3)= c mol·L－1，Ka＝==；(5)由題意可知陰極反應物為NO3—，產物為NH2OH，陽極產物為氧氣，故電解反應為2HNO3＋2H2O2NH2OH＋3O2↑。