Question

【题目】氮的化合物应用广泛，但氮氧化物是重要的空气污染物，应降低其排放。

（1）用CO2和NH3可合成氮肥尿素[CO(NH2)2]。

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

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

③H2O(l)= H2O(g) △H=+44.0kJ·mol-1

用CO2和NH3合成尿素（副产物是液态水）的热化学方式程为____________________。

（2）工业上常用如下反应消除氮氧化物的污染：

CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H在温度为T1和T2时，分别将0.40molCH4和1.0molNO2充入体积为1L的密闭容器中，n(CH4)随反应时间的变化如图所示：

①据图判断该反应的△H_____0（填“﹥”“﹤”“﹦”）,理由是： __________________________。

②温度为T1时，0～10min内，NO2的平均反应速率v(NO2)=________________。

③该反应达到平衡后，为再提高反应速率同时提高NO2的转化率，可采取的措施有_______（填字母序号）。

A.改用高效催化剂 B.升高温度 C.缩小容器的体积 D.增加CH4的浓度

（3）利用原电池反应可实现NO2的无害化，总反应为6NO2+8NH3=7N2+12H2O，电解质溶液为NaOH溶液。工作一段时间后，该电池正极附近溶液pH_____（填增大、减小或不变），负极的电极反应式为__________________________。

（4）氮的一种氢化物HN3，其水溶液酸性与醋酸相似；常温下，将amol·L-1的HN3与b mol·L-1的Ba(OH)2溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba2+)=c(N3-),则该混合物溶液呈_______（填酸、碱、中）性，溶液中c(HN3)=________ mol·L-1

Answer 1

【答案】 CO2（g）+ 2NH3(g) = CO(NH2)2(s) + H2O(l) H＝-87.0kJ/mol ＜ T1＜T2，T2时CH4的平衡含量高，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，逆向吸热，正向放热 0.02mol·L-1·min-1 D 增大 2NH3 - 6e- + 6OH- = N2 + 6H2O 中

【解析】 (1) 已知：①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s) △H=-159.5 kJ/mol，②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.5 kJ/mol，③H2O(l)= H2O(g) △H=+44.0 kJ/mol，根据盖斯定律，将①+②-③得：CO2(g)+ 2NH3(g) = CO(NH2)2(s) + H2O(l) △H=(-159.5 kJ/mol)+(+116.5 kJ/mol)-(+44.0 kJ/mol)=-87.0kJ/mol，故答案为：CO2(g)+ 2NH3(g) = CO(NH2)2(s) + H2O(l) △H＝-87.0kJ/mol；

(2) ①根据图像，T2时先达到平衡，说明T2＞T1，温度越高平衡时甲烷物质的量越大，说明平衡逆向进行，因此正反应为放热反应，△H＜0，故答案为：＜；T1＜T2，T2时CH4的平衡含量高，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，逆向吸热，正向放热；

②温度为T1时，10min时，n(CH4)=0.3mol，根据方程式，反应的n(NO2)=2×(0.4mol-0.3mol)=0.2mol，NO2的平均反应速率v(NO2)= = 0.02mol·L-1·min-1，故答案为：0.02mol·L-1·min-1；

③A.改用高效催化剂，不能影响平衡的移动，不能提高NO2的转化率，错误； B.升高温度，反应速率加快，平衡逆向移动，NO2的转化率减小，错误；C.缩小容器的体积，物质的浓度增大，反应速率加快，平衡逆向移动，NO2的转化率减小，错误；D.增加CH4的浓度，反应速率加快，平衡正向移动，NO2的转化率增大，正确；故选D；

(3)利用原电池反应可实现NO2的无害化的总反应为6NO2+8NH3=7N2+12H2O，电解质溶液为NaOH溶液。工作时，正极上二氧化氮得到电子生成氮气，电极方程式为2NO2+8 e-+4H2O =N2+8OH-，正极附近溶液的pH增大；负极上氨气失去电子生成氮气，电极反应式为2NH3 - 6e- + 6OH- = N2 + 6H2O，故答案为：增大；2NH3 - 6e- + 6OH- = N2 + 6H2O；

(4)混合后溶液中c(Ba2+)=0.5b mol/L，根据电荷守恒：2c(Ba2+)+c(H+)= c(N3-)+c(OH-)，溶液中存在2c(Ba2+)= c(N3-)，则c(H+)=c(OH-)=10-7 mol/L，溶液显中性；溶液中c(N3-)=b mol/L，由微粒守恒可知溶液中c(HN3)=(0.5a-b )mol/L，故答案为：中；0.5a-b。