Question

【題目】工業(yè)合成氨以及含氮廢水的處理一直是工業(yè)研究的熱點。回答下列問題：

(1)已知：氫氣的燃燒熱為-285.8kJ/mol，17g氨氣在純氧中燃燒生成氮氣和液態(tài)水的過程中放熱382.6kJ，則工業(yè)合成氨的熱化學(xué)方程式為_________________。

(2)500℃時，在容積固定的密閉容器中模擬工業(yè)合成氫N2+3H22NH3，下表為容器中部分物質(zhì)濃度隨時間的變化情況(其余濃度未給出)。

時間/min	c(N2)/mol/L	c(H2)/mol/L	c(NH3)/mol/L
0	0.18	2.3	0
5	0.08
6	0.08
10	0.06	1.94	0.24

500℃時，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=_______L2·mol-2；5min內(nèi)，反應(yīng)的平均速率v(H2)_____ mol·L-1·min-1；6min時，某一條件發(fā)生了改變，可能是_____(填序號)。

a.使用催化劑 b.降低溫度 c.增加H2的濃度 d.分離出NH3

(3)無機含氮廢水主要含有銨氮(NH4+)和硝氮(NO3-)。可使用電化學(xué)氧化法處理銨氮廢水，原理是溶液中的NH4+直接在電極上放電生成無毒物質(zhì)，該過程陽極上的電極反應(yīng)式為_______________。為研究電化學(xué)氧化法去除銨氮的影響因素，在實驗室中以石墨作電極模擬對高濃度銨氮廢水進行電化學(xué)氧化處理，得到如下3組圖像：

通過分析上述圖像可知，最適宜選用的條件是___________、以及初始pH為11的堿性溶液。實驗中，銨氮去除率總是高于總氮去除率的原因是__________________。

Answer 1

【答案】 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=-92.2kJ/mol 6.25×10-2 0.06 b 2NH4+-6e-=N2↑+8H+ 電流密度為80mA·cm-2，極板間距為30mm 廢水中除了銨氮外，可能還含有硝氮，不能通過氧化法去除

【解析】（1）氫氣的燃燒熱為-285.8kJ/mol，所以有反應(yīng)①H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(l) △H=-285.8kJ/mol，17g氨氣在純氧中燃燒生成氮氣和液態(tài)水的過程中放熱382.6kJ，所以有反應(yīng)②NH3(g)+3/4O2(g)＝1/2N2(g) + 3/2H2O(l) △H=-382.6kJ/mol，所以①×3+②×(－2)得到：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=-92.2kJ/mol。

（2）由表中數(shù)據(jù)得到，5～6分鐘氮氣的濃度不變，反應(yīng)達平衡。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以計算出5分鐘的時候N2、H2、NH3的濃度分別為：0.08mol/L、2mol/L、0.2mol/L，所以平衡常數(shù)K= 。v(N2)=(0.18－0.08)/5=0.02 mol·L-1·min-1，所以v(H2)=3 v(N2)= 0.06 mol·L-1·min-1。10分鐘時與6分鐘的數(shù)據(jù)比較，氫氣的濃度減小，所以不會是加入氫氣，選項c錯誤；氨氣的濃度增大，所以不會是分離出氨氣，選項d錯誤；加入催化平衡應(yīng)該不移動，選項a錯誤。降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，所以氮氣和氫氣的濃度降低，氨氣的濃度增大，選項b正確。

（3）陽極應(yīng)該發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，銨根離子應(yīng)該被氧化為氮氣，所以陽極的反應(yīng)為：2NH4+-6e-=N2↑+8H+。從三個圖像得到，電流密度為80mA·cm-2，極板間距為30mm時，銨氮的去除率比較高。溶液中的總氮包括銨氮和硝氮，銨氮在這個過程中被氧化而除去，但是硝氮中的N是+5價，不可能氧化除去，所以銨氮去除率總是高于總氮去除率。