Question

【題目】氨氣在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要作用，請回答下列各有關(guān)問題。

(1)用氨氣制取尿素[CO(NH2)2]的反應(yīng)為：2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(l)+H2O(g) △H＜0.某溫度下，向容積為100L的密閉容器中通入4mol NH3和2molCO2，該反應(yīng)進(jìn)行到40s時達(dá)到平衡，此時CO2的轉(zhuǎn)化率為50%。下圖中的曲線表示該反應(yīng)在前25 s內(nèi)NH3濃度隨時間的變化而變化。

①0～25s、25s～40s內(nèi)NH3的化學(xué)反應(yīng)速率分別為__________、__________。存在差異的原因是______________________。

②該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______________。

③請在圖中畫出反應(yīng)從25s延續(xù)至60s時c(NH3)隨時間變化的圖像。并在其他條件不變的情況下畫出使用催化劑時c(NH3)隨時間的變化圖像_______________

(2)尿素在一定條件下能將燃煤產(chǎn)生的煙氣中的氮氧化物NOx轉(zhuǎn)化為N2，下圖表示的是尿素與某種煙氣(主要為N2、NO和O2)中的NO的物質(zhì)的量比值分別為1：2、2：1、3：1時，NO脫除率隨溫度變化的曲線

①曲線a對應(yīng)CO(NH2)2與NO的物質(zhì)的量的比值是______。

②CO(NH2)2與NO反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________。

③曲線a中，NO的起始濃度為6×10-4mg/m3，從A點到B點經(jīng)過0.8s，該時間段內(nèi)NO的脫除速率為______mg/(m3s）。

(3)希臘科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SYC陶瓷(能傳遞H+)為介質(zhì)，用吸附在它外表面的金屬鈀多晶薄膜做電極，實現(xiàn)了常壓、570℃條件下高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨(裝置如下圖)。鈀電極A是電解池的____(填“陽”或“陰”)極，該電極上的電極反應(yīng)式是_________________。

Answer 1

【答案】 6×10-4 mol/(L·s) 3.3×10-4 mol/(L·s) 反應(yīng)物濃度減小，反應(yīng)速率減慢 2500(mol/L)-2 （兩條線各一分） 3:1 2CO(NH2)2+6NO= 5N2 +2CO2+4H2O 1.5×10-4 陰極 N2 + 6H+ + 6e-= 2NH3

【解析】(1)①根據(jù)圖像0～25sNH3的化學(xué)反應(yīng)速率為=6×10-4 mol/(L·s)；40s時達(dá)到平衡，此時CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，根據(jù)方程式，反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量為2mol，25s～40s內(nèi)NH3的化學(xué)反應(yīng)速率= =3.3×10-4 mol/(L·s)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度減小，反應(yīng)速率減慢，故答案為：6×10-4 mol/(L·s) ；3.3×10-4 mol/(L·s) ；反應(yīng)物濃度減小，反應(yīng)速率減慢；

②2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)。依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念寫出平衡常數(shù)K=，向容積為100L的密閉容器中通入4mol NH3和2molCO2，該反應(yīng)進(jìn)行到40s時達(dá)到平衡，反應(yīng)達(dá)到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，消耗二氧化碳濃度0.02mol/L×50%=0.01mol/L；

2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)

起始量(mol/L) 0.04 0.02 0 0

變化量(mol/L) 0.02 0.01 0 0.01

平衡量(mol/L) 0.02 0.01 0 0.01

K===2500L2mol-2，故答案為：2500；

③如圖2中的曲線表示該反應(yīng)在前25s內(nèi)的反應(yīng)進(jìn)程中的NH3濃度變化．若反應(yīng)延續(xù)至70s，保持其它條件不變情況下，在圖中用實線畫出使用催化劑時，改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，該反應(yīng)的進(jìn)程曲線為，曲線的轉(zhuǎn)折點在橫坐標(biāo)40之前，縱坐標(biāo)必需在20的線上，如圖為，故答案為：；

(2)①CO(NH2)2的含量越高，NO的轉(zhuǎn)化率越大，即NO脫除率越高，所以曲線a對應(yīng)CO(NH2)2與NO的物質(zhì)的量比值是3：1，故答案為3：1；

②800℃～900℃區(qū)間內(nèi)NO脫除率增大，所以NO是作為反應(yīng)物參加反應(yīng)，高溫時，尿素分解生成氨氣、二氧化碳，氨氣和一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氮氣，即尿素與NO反應(yīng)生成N2，同時生成二氧化碳和水，所以反應(yīng)方程式為：2CO(NH2)2+6NO═2CO2+4H2O+5N2，故答案為：2CO(NH2)2+6NO═2CO2+4H2O+5N2；

③A點到BNO脫除率由0.55變?yōu)?/span>0.75，故NO的濃度變化量為(0.75-0.55)×6×10-4mg/m3=1.2×10-4mg/m3，所以NO的脫除速率==1.5×10-4mg/(m3·s)，故答案為：1.5×10-4；

(3)用吸附在它內(nèi)外表面上的金屬鈀多晶薄膜做電極，實現(xiàn)了常壓、570℃條件下高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨(裝置如圖)，氫離子移向陰極，從B電極移向A電極，說明鈀電極A是電解池的陰極，氨氣發(fā)生氧化反應(yīng)：N2+6e-+6H+═2NH3，故答案為：陰；N2+6e-+6H+═2NH3。