Question

13．氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，請(qǐng)解決下列問題．
（1）化合物甲（由氮和另一種常見的主族元素組成）是一種新型無機(jī)材料．將8.2g甲溶于足量的氫氧化鈉溶液，可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下為4.48L的氣體，該氣體可作制冷劑．向反應(yīng)后的溶滾中逐滴加入稀鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀質(zhì)量最大為15.6g，繼續(xù)滴加沉淀消失．則甲溶于氫氧化鈉的化學(xué)方程式為AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
（2）NH₃催化還原氮氧化物是目前應(yīng)用廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)．例如：
4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H₁
己知：①H2O（l）=H₂O（g）△H₂
②4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃
則NH₃（g）的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△H=$\frac{3△{H}_{3}+2△{H}_{1}-30△{H}_{2}}{20}$．
以FeSO₄作催化劑在不同溫度下，經(jīng)過相同的時(shí)間測(cè)試氨還原氮氧化物效果如圖1，當(dāng)反應(yīng)在400～450℃，NOx的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低．當(dāng)體系溫度升至500℃以上時(shí)．NOx的轉(zhuǎn)化率迅速下降，其可能原因是催化劑活性降低（FeSO4受熱分解）．圖2反映的是在400℃N₂的體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)物中$\frac{c（N{H}_{3}）}{c（N{O}_{x}）}$的關(guān)系，請(qǐng)?jiān)谙旅娴膱D2上畫出450℃的變化趨勢(shì)曲線．

（3）N₂O₅是綠色硝化試劑，溶于水可得硝酸．圖3是以N₂O₄為原料電解制備N₂O₅的裝置示意圖．寫出陽極區(qū)生成N₂O₅的電極反應(yīng)式是N₂O₄-2e^-+2HNO₃=2N₂O₅+2H⁺．
（4）常溫下，向0.1mol/L氨水中加入少許N₂O₅，使溶液中c（NH₃•H₂O）：c（NH₄⁺）=5：9，此時(shí)溶液的pH=9．（25℃時(shí)．NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K_b=1.8×10^-5）

Answer 1

分析 （1）化合物甲（由氮和另一種常見的主族元素組成），溶于足量的氫氧化鈉溶液，產(chǎn)生的氣體可作制冷劑為氨氣，反應(yīng)后的溶滾中逐滴加入稀鹽酸，先沉淀后沉淀為溶解，為鋁的化合物的特征，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)推出化合物甲為氮化鋁；
（2）燃燒熱是指在25℃、101kPa下，1mol純凈物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量，表示燃燒熱的熱化學(xué)方程式中可燃物的物質(zhì)的量必須為1mol，產(chǎn)物必須為穩(wěn)定氧化物，根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算NH₃（g）的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△H；NO_x的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低，可能為催化劑活性降低；催化劑可以加快反應(yīng)速率；根據(jù)縱坐標(biāo)判斷，相同溫度下，脫除率越高的效果越好，脫氮反應(yīng)是氨氣和二氧化氮、一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氮?dú)夂退�；�?dāng)反應(yīng)在400～450℃，NOx的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低，圖2上畫450℃的變化趨勢(shì)曲線，注意450℃氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)小于400℃；
（3）NO₂可電解制備綠色硝化試劑N₂O₅．N元素化合價(jià)升高，NO₂被氧化，為電解池陽極反應(yīng)；
（4）常溫下，向0.1mol/L氨水中加入少許N₂O₅，五氧化二氮和水反應(yīng)生成硝酸，硝酸和氨水反應(yīng)，溶液中c（NH₃•H₂O）：c（NH₄⁺）=5：9，溶液中溶質(zhì)為硝酸銨和一水合氨，根據(jù)NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)計(jì)算．

解答 解：（1）化合物甲（由氮和另一種常見的主族元素組成），溶于足量的氫氧化鈉溶液，產(chǎn)生的氣體可作制冷劑為氨氣，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下為4.48L的氣體，n（NH₃）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，反應(yīng)后的溶滾中逐滴加入稀鹽酸，先沉淀后沉淀為溶解，為鋁的化合物的特征，產(chǎn)生白色沉淀質(zhì)量最大為15.6g，為氫氧化鋁，n[Al（OH）₃]=$\frac{15.6g}{78g/mol}$=0.2mol，則m（N）+m（Al）=0.2mol×14g/mol+0.2mol×27g/mol=8.2g，則8.2g甲為AlN，甲溶于氫氧化鈉的化學(xué)方程式為AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，
故答案為：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（2）氨氣燃燒生成氮?dú)夂退�，�?NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H₁②H₂O（l）=H₂O（g）△H₂ ③4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃根據(jù)蓋斯定律，將已知熱化學(xué)方程式$\frac{1}{20}$（③×3+①×2-②×30）得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=$\frac{3△{H}_{3}+2△{H}_{1}-30△{H}_{2}}{20}$；當(dāng)反應(yīng)在400～450℃，NOx的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低．當(dāng)體系溫度升至500℃以上時(shí)，催化劑硫酸亞鐵受熱分解，催化劑活性降低，所以450℃的變化趨勢(shì)曲線圖為：，
故答案為：$\frac{3△{H}_{3}+2△{H}_{1}-30△{H}_{2}}{20}$；催化劑活性降低（FeSO4受熱分解）；；
（3）NO₂可電解制備綠色硝化試劑N₂O₅．N元素化合價(jià)升高，NO₂被氧化，電極方程式為N₂O₄-2e^-+2HNO₃=2N₂O₅+2H⁺，
故答案為：N₂O₄-2e^-+2HNO₃=2N₂O₅+2H⁺；
（4）常溫下，向0.1mol/L氨水中加入少許N₂O₅，五氧化二氮和水反應(yīng)生成硝酸，硝酸和氨水反應(yīng)，溶液中c（NH₃•H₂O）：c（NH₄⁺）=5：9，溶液中溶質(zhì)為硝酸銨和一水合氨，NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，25℃時(shí)．NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K_b=1.8×10^-5=$\frac{C（O{H}^{-}）×\frac{9}{14}×0.1}{\frac{5}{14}×0.1}$，c（OH^-）=10^-5mol/L，c（H⁺）=10^-9mol/L，PH=9，
故答案為：9．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查含氮化合物知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生的分析、計(jì)算能力，題目涉及化學(xué)方程式書寫以及電解知識(shí)、弱電解質(zhì)的電離，注意把握蓋斯定律以及電解原理的應(yīng)用，題目難度中等．