Question

7．氨是生产氮肥、尿素等物质的重要原料．
（1）合成氨反应N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）在一定条件下能自发进行的原因是△H＜0．电化学法是合成氨的一种新方法，其原理如图1所示，阴极的电极反应式是N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．

（2）氨碳比[n（NH₃）/n（CO₂）]对合成尿素[2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）]有影响，恒温恒容时，将总物质的量3mol的NH₃和CO₂以不同的氨碳比进行反应，结果如图2所示．a、b线分别表示CO₂或NH₃的转化率变化，c线表示平衡体系中尿素的体积分数变化．[n（NH₃）/n（CO₂）]=2时，尿素产量最大；经计算，图中y=0.36（精确到0.01）．
（3）废水中含氮化合物的处理方法有多种．
①NaClO溶液可将废水中的NH${\;}_{4}^{+}$转化为N₂．若处理过程中产生N₂ 0.672L（标准状况），则需要消耗0.3mol•L^-1的NaClO溶液0.3L．
②在微生物的作用下，NH${\;}_{4}^{+}$经过两步反应会转化为NO${\;}_{3}^{-}$，两步反应的能量变化如图3所示．则1mol NH${\;}_{4}^{+}$（aq）全部被氧化成NO${\;}_{3}^{-}$（aq）时放出的热量是346kJ．
③用H₂催化还原法可降低水中NO${\;}_{3}^{-}$的浓度，得到的产物能参与大气循环，则反应后溶液的pH升高（填“升高”、“降低”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）的△S＜0，自发进行可知△H-T△S＜0；合成氨的阴极上氮气得到电子生成氨气；
（2）由图可知，横坐标为n（NH₃）/n（CO₂）=2时，尿素的体积分数最大，且y点氨气的转化率为80%，以此计算氨气的体积分数；
（3）①N失去电子，Cl得到电子，遵循电子守恒；
②由图可知，第一步热化学反应为NH₄⁺ （aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273 kJ•mol^-1，第二步热化学反应为NO₂^- （aq）+0.5O₂（g）=NO₃^- （aq））△H=-73kJ•mol^-1，利用盖斯定律可计算1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的热化学方程式；
③H₂催化还原饮用水中NO₃^-，反应中的还原产物和氧化产物均可参与大气循环，则产物为水和氮气，该反应为5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-．

解答 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）的△S＜0，自发进行可知△H-T△S＜0，则△H＜0，合成氨的阴极反应为N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案为：△H＜0；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（2）由图可知，横坐标为n（NH₃）/n（CO₂）=2时，尿素的体积分数最大，且y点氨气的转化率为80%，
                    2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）
起始浓度（mol．L^-1 ）   2        1         0           0
变化浓度（ol．L^-1  ）  1.6       0.8        0.8         0.8
平衡浓度（mol．L^-1 ）   0.4       0.2       0.8         0.8  
平衡CO（NH₂）₂的体积分数y=$\frac{0.8}{0.4+0.2+0.8+0.8}$=0.36，
故答案为：2；0.36；              
（3）①N失去电子，Cl得到电子，设消耗0.3mol•L^-1的NaClO溶液为xL，由电子守恒可知，0.3mol×xL×2=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$×2×3，解得x=0.3，
故答案为：0.3；      
②由图可知，第一步热化学反应为NH₄⁺ （aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273 kJ•mol^-1①，
第二步热化学反应为NO₂^- （aq）+0.5O₂（g）=NO₃^- （aq））△H=-73kJ•mol^-1②，
由盖斯定律可知①+②得1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的热化学方程式为NH₄⁺ （aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^- （aq）+H₂O（l）△H=-346 kJ•mol^-1，即放出346kJ的热量，
故答案为：346；           
③H₂催化还原饮用水中NO₃^-，反应中的还原产物和氧化产物均可参与大气循环，则产物为水和氮气，该反应为5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-，氢氧根离子浓度增大，则pH升高，故答案为：升高．

点评 本题以信息的形式考查氧化还原反应、离子反应及热化学反应、化学平衡计算，注重对化学用语的考查，注意知识与题目信息的结合来解答，对学生能力要求较高，题目难度中等．