Question

8．氨气在生产、生活和科研中应用十分广泛．
（1）①SNCR-SCR是一种新型的烟气脱硝技术（除去烟气中的NO_x），SNCR-SCR流程中发生的主要反应有：
4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1；
6NO（g）+4NH₃（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.0kJ•mol^-1；
6NO₂（g）+8NH₃（g）?7N₂（g）+12H₂O（g）△H=-2659.9kJ•mol^-1；
反应N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的△H=+179.8 kJ•mol^-1
②液氨可以发生电离：2NH₃（l）?NH₂^-+NH₄⁺，COCl₂和液氨发生“复分解”反应生成尿素，写出该反应的化学方程式COCl₂+4NH₃=CO（NH₂）₂+2NH₄Cl；
（2）氨气易液化，便于储运①若在恒温恒容的容器内进行反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）；△H=+94.4kJ/mol，下列表示该反应达到平衡状态的标志有BC（填字母序号）
A．容器中混合气体的密度保持不变
B．NH₃（g）百分含量保持不变
C．容器中混合气体的压强保持不变
D．有3个H-H键生成同时又1个N≡N键生成
②其他条件相同时，该反应在不同催化剂作用下反应，相同时间后，氨气的转化率随反应温度的变化如图1所示．在600℃时催化效果最好的是Ru（填催化剂的化学式）．c点氨气的转化率高于b点，原因是b、c点均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快，氨气的转化率较高，且Ru比Fe的催化能力更强．

（3）如图2表示使用新型电极材料，以N₂、H₂为电极反应物，以HCl-NH₄Cl为电解质溶液组成的既能提供能量又能实现氮固定的新型电池．请写出该电池的正极反应式N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺；生产中可分离出的物质A的化学式为NH₄Cl．

Answer 1

分析 （1）①依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式，
①4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1；
②6NO（g）+4NH₃（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.0kJ•mol^-1；
③6NO₂（g）+8NH₃（g）?7N₂（g）+12H₂O（g）△H=-2659.9kJ•mol^-1；
依据盖斯定律①-②得到；
②根据液氨的电离方程式，结合尿素的化学式为CO（NH₂）₂来分析；
（2）①当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、含量不再发生变化，由此衍生的一些物理性不变，以此解答该题；
②根据图可知，在600℃时催化效果最好的是Ru，b、c点均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快；
（3）原电池正极发生还原反应，依据装置图分析判断分离出氯化铵．

解答 解：（1）①4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1；
②6NO（g）+4NH₃（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.0kJ•mol^-1；
③6NO₂（g）+8NH₃（g）?7N₂（g）+12H₂O（g）△H=-2659.9kJ•mol^-1；
依据盖斯定律①-②得到N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+179.8kJ•mol^-1；
故答案为：+179.8；
②由于液氨的电离方程式为2NH₃（l）?NH₂^-+NH₄⁺，COCl₂和液氨发生“复分解”反应生成尿素，而尿素的化学式为CO（NH₂）₂，可知该反应的化学方程式为COCl₂+4NH₃=CO（NH₂）₂+2NH₄Cl，
故答案为：COCl₂+4NH₃=CO（NH₂）₂+2NH₄Cl；
（2）①A．混合气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度始终不变，故A错误；
B．NH₃（g）百分含量保持不变，说明到达平衡，故B正确；
C．该反应随反应进行，气体的总的物质的量进行，压强降低，故混合气体的压强不再发生变化，说明到达平衡，故C正确；
D．有3个H-H键生成同时又1个N≡N键生成，都表示逆反应速率，不能说明到达平衡，故D错误；
故答案为：BC；
②根据图可知，在600℃时催化效果最好的是Ru，b、c点均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快，氨气的转化率较高，
故答案为：Ru；b、c点均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快，氨气的转化率较高，且Ru比Fe的催化能力更强．
（3）以N₂、H₂为原料，以HCl-NH₄Cl为电解质溶液构成新型燃料电池，正极发生还原反应，即氮气被还原生成NH₄⁺，电极反应式为N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺；负极是氢气失电子生成氢离子，正极生成铵根离子在电解质溶液中可以分离出氯化铵；
故答案为：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺；NH₄Cl．

点评 本题考查化学平衡状态判断、化学平衡有关计算、反应自发性判断、化学反应速率及化学平衡影响因素、影响化学平衡的因素、化学平衡图象等，难度中等．