Question

碳和氮的許多化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中有重要的作用．
（1）工業(yè)上生產(chǎn)硝酸所需要的一氧化氮常用氨氣來(lái)制備，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

（2）以CO₂與NH₃為原料可合成化肥尿素[化學(xué)式為CO（NH₂）₂]．已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂ NH₄（s）△H=-l59.5kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ?mol^-1
③H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
寫(xiě)出CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式

 

（3）以氨氣代替氫氣研發(fā)氨燃料電池是當(dāng)前科研的一個(gè)熱點(diǎn)，已知氨燃料電池使用的電解質(zhì)溶液是2mol?L^-1的KOH溶液，電池反應(yīng)為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

；每消耗3.4g NH₃轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為

 

 （阿伏加德羅常數(shù)的值用N_A表示）．
（4）用活性炭還原法可以處理氮氧化物．某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應(yīng)C（s）+2NO（g）=N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ?mol^-1．
在T₁℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的濃度如表：

濃度（molL-1） 時(shí)間（Min）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①T₁℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

；
②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是

 

（填字母編號(hào)）．
a．加入一定量的活性炭    
b．通人一定量的NO
c．適當(dāng)縮小容器的體積    
d．加入合適的催化劑
③若30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則Q

 

 0（填“＞”或“＜”）．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,常見(jiàn)化學(xué)電源的種類(lèi)及其工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：（1）工業(yè)制備硝酸的第一步是氨氣的催化氧化生成一氧化氮的放熱反應(yīng)；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算所需熱化學(xué)方程式；
（3）依據(jù)化學(xué)方程式分析鹽酸化合價(jià)變化，判斷發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是氨氣，原電池中在負(fù)極失電子，正極上氧氣得到電子生成氫氧根離子；結(jié)合化學(xué)方程式和電子轉(zhuǎn)移總數(shù)計(jì)算每消耗3.4g NH₃轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；
（4）①分析圖表數(shù)據(jù)結(jié)合反應(yīng)特征，利用平衡濃度計(jì)算得到平衡常數(shù)；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，結(jié)合平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù)和濃度變化分析判斷；
③平衡改變條件分?jǐn)?shù)移動(dòng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析判斷；

解答： 解：（1）工業(yè)制備硝酸的第一步是氨氣的催化氧化生成一氧化氮的放熱反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O；
故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O；
（2）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂ NH₄（s）△H=-l59.5kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ?mol^-1
③H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算①+②-③得到：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（3）電池反應(yīng)為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．該電池負(fù)極是氨氣失電子生成氮?dú)�，反�?yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，反應(yīng)中2mol氨氣反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移6mol電子，每消耗3.4g NH₃物質(zhì)的量=

3.4g

17g/mol

=0.2mol，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.6N_A；
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，0.6N_A；
（4）①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析得到平衡狀態(tài)各物質(zhì)的平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），平衡濃度c（N₂）=0.36mol/L；c（CO₂）=0.36mol/L；c（NO）=0.48mol/L；反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c(N2)c(CO2)

c2(NO)

=

0.36×0.36

0.482

=

9

16

=0.56；
故答案為：0.56；
②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說(shuō)明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮?dú)鉂舛仍龃螅�二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反�?yīng)前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；
a．加入一定量的活性炭，碳是固體對(duì)平衡無(wú)影響，平衡不動(dòng)，故a錯(cuò)誤；
b．通入一定量的NO，新平衡狀態(tài)下物質(zhì)平衡濃度增大，故b正確；
c．適當(dāng)縮小容器的體積，反應(yīng)前后體積不變，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，故c正確；
d．加入合適的催化劑，催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，故d錯(cuò)誤；
故答案為：bc；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比從為5：3：3，氮?dú)夂投�氧化碳難度之比始終為1：1，所以5：3＞4：3，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，說(shuō)明逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故選＜；
故答案為：＜；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡的影響因素分析化學(xué)平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用，平衡常數(shù)計(jì)算判斷，題目難度中等．