Question

【題目】氮是動(dòng)植物生長(zhǎng)不可缺少的元素，氮在自然界中的循環(huán)對(duì)生命有重要意義。

（1）合成氨反應(yīng)為N2（g）+3H2（g） 2 NH3（g） H=-92.3kJ/mol，工業(yè)上為了提高H2的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是：____________________。

A.使用催化劑 B.增大N2濃度 C增大壓強(qiáng) D.升高溫度 E.及時(shí)分離生成的NH3

（2）氮的氧化物屬大氣污染物，為變廢為寶可將NO和NO2按一定的比例通入NaOH溶液使之恰好完全被吸收生成NaNO2，寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式：_______________________________。

（3）NH3是重要的化工原料，用途廣泛，如合成尿素等。合成尿素原理分兩步：

CO2（g）+ 2 NH3（g）== NH2COONH4(s) H1=-159.5kJ/mol

NH2COONH4(s) == CO(NH2)2(s) + H2O(g) H2=+28.5kJ/mol

則2NH3（g）+ CO2（g）== CO(NH2)2(s) + H2O(g) H=____________kJ/mol

（4）向溫度為T容積為1L的剛性密閉容器中通入1molN2和3molH2發(fā)生N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）的反應(yīng)。體系總壓強(qiáng)p與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系如下表：

t/h	0	1	2	4	8	16
p/Mpa	30.0	28.0	26.5	25.5	25.0	25.0

則H2的平衡轉(zhuǎn)化率α(H2)=_____（保留1位小數(shù)），平衡常數(shù)K=_____（用分?jǐn)?shù)表示）。

（5）現(xiàn)有25℃時(shí)某濃度的氯化銨溶液中NH3H2O和NH4+的濃度隨pH的變化示意圖如圖Ⅰ所示，該溫度下NH3H2O電離平衡常數(shù)為____________（用a的代數(shù)式表示）。

（6）利用微生物的作用將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能即設(shè)計(jì)成微生物電池可用于同時(shí)處理含硝酸鈉和有機(jī)物的廢水，使NO3- 轉(zhuǎn)化為N2，裝置原理如圖Ⅱ（圖中有機(jī)物用C6H12O6表示）。寫(xiě)出電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)式：_________________________________________。

Answer 1

【答案】BCE NO+NO2+2OH-==2NO2- + H2O -131.0 33.3% 1/12 10a-14 2NO3- + 6H2O + 10e- = N2 + 12OH-

【解析】

本題是化學(xué)反應(yīng)原理的綜合題，主要考查蓋斯定律的應(yīng)用，電離平衡常數(shù)的計(jì)算，原電池原理，化學(xué)平衡的計(jì)算。(1)結(jié)合N2（g）+3H2（g） 2 NH3（g）可知，增大N2濃度、增大壓強(qiáng)、及時(shí)分離生成的NH3可以提高H2的轉(zhuǎn)化率；

（2）NO和NO2通入NaOH溶液恰好完全被吸收生成NaNO2，據(jù)此分析；

（3）利用蓋斯定律計(jì)算該反應(yīng)的焓變；

（4）利用三段式，計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，并計(jì)算轉(zhuǎn)化率及平衡常數(shù)；

（5）根據(jù)NH3H2O電離平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算此時(shí)的電離平衡常數(shù)；

（6）根據(jù)圖示電極b上的反應(yīng)為NO3-→N2，據(jù)此分析；

(1)對(duì)于N2（g）+3H2（g） 2 NH3（g）的反應(yīng)，A.使用催化劑，平衡不移動(dòng)，H2的轉(zhuǎn)化率不變，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B.增大N2濃度，平衡正向移動(dòng)，H2的轉(zhuǎn)化率增大，故B項(xiàng)正確；

C.增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，H2的轉(zhuǎn)化率增大，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；

D.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，H2的轉(zhuǎn)化率減小，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；

E.及時(shí)分離生成的NH3，平衡正向移動(dòng)，H2的轉(zhuǎn)化率增大，故E項(xiàng)正確；

綜上，本題選BCE。

(2)NO和NO2按一定的比例通入NaOH溶液，完全反應(yīng)生成NaNO2，屬于價(jià)態(tài)歸中的氧化還原反應(yīng)，配平得到NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+ H2O，離子反應(yīng)方程式為NO+NO2+2OH-==2NO2- + H2O，因此，本題答案為：NO+NO2+2OH-==2NO2- + H2O；

(3)CO2（g）+ 2NH3（g）= NH2COONH4（s）ΔH1=- 159.5kJ/mol ① ，NH2COONH4（s）= CO（NH2）2（s）+ H2O（g）ΔH2=+28.5kJ/mol ②，應(yīng)用蓋斯定律，①+②得，2NH3（g）+ CO2（g）= CO（NH2）2（s）+ H2O（g）ΔH=ΔH1+ΔH2=（-159.5kJ/mol）+（+28.5kJ/mol）=-131.0kJ/mol，因此，本題答案為：-131.0；

(4)由表可知，向體系中加入1molN2和3molH2，初始?jí)簭?qiáng)為30Mpa，達(dá)到平衡時(shí)壓強(qiáng)為25Mpa，由壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比可知，n0：n平=30:25 ，則n平=10/3mol，設(shè)平衡時(shí)，消耗氮?dú)?/span>x mol，得到三段式為

N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）

n0 1mol 3mol 0mol

Δn x mol 3x mol 2x mol

n平 (1-x) mol (3-3x) mol 2x mol

則1-x+3-3x+2x=10/3，解得x=1/3，故H2的平衡轉(zhuǎn)化率α(H2)=1mol/3mol×100%=33.3%；平衡常數(shù)K=c2(NH3)/c(N2)c3(H2)=(2/3)2/(2/3) ×23=1/12，因此，本題答案為：33.3%；1/12；

(5)NH3·H2O的電離方程式為NH3·H2ONH4++OH-，NH3·H2O的電離平衡常數(shù)=c(NH4+)·c(OH-)/c(NH3·H2O)，由圖知當(dāng)c（NH4+）=c（NH3·H2O）時(shí)pH=a，此時(shí)c（H+）=10-amol/L，c（OH-）=10a-14mol/L，則NH3·H2O的電離平衡常數(shù)=10a-14，因此，本題答案為:10a-14；

(6)根據(jù)圖示電極b上的反應(yīng)為NO3-→N2，N元素的化合價(jià)由+5價(jià)降至0價(jià)，根據(jù)N守恒，2molNO3-得到10mol電子生成1molN2/span>，2NO3-+10e-→N2↑，結(jié)合原子守恒，電極b上的電極反應(yīng)式為2NO3-+10e-+6H2O=N2↑+12OH-，因此，本題答案為: 2NO3- + 6H2O + 10e- = N2 + 12OH-；