Question

氨是生产氮肥、尿素等物质的重要原料。

（1）合成氨反应N₂(g) + 3H₂(g)2NH₃(g)在一定条件下能自发进行的原因是           。电化学法是合成氨的一种新方法，其原理如图1所示，阴极的电极反应式是                     。

（2）氨碳比[n(NH₃)/n(CO₂)]对合成尿素[2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(g)+H₂O(g)]有影响，恒温恒容时，将总物质的量3 mol的NH₃和CO₂以不同的氨碳比进行反应，结果如图2所示。a、b线分别表示CO₂或NH₃的转化率变化，c线表示平衡体系中尿素的体积分数变化。[n(NH₃)/ n(CO₂)]=           时，尿素产量最大；经计算，图中y=               （精确到0.01）。

（3）废水中含氮化合物的处理方法有多种。

①NaClO溶液可将废水中的NH₄⁺转化为N₂。若处理过程中产生N₂ 0.672 L（标准状况），则需要消耗0.3 mol·L^-1的NaClO溶液              L。

②在微生物的作用下，NH₄⁺经过两步反应会转化为NO₃^-，两步反应的能量变化如图3所示。则1 mol NH₄⁺ (aq)全部被氧化成NO₃^- (aq)时放出的热量是               kJ。

③用H₂催化还原法可降低水中NO₃^-的浓度，得到的产物能参与大气循环，则反应后溶液的pH       （填“升高”、“降低”或“不变”）。

Answer

（1）△H <0 N2+6H++6e—=2NH3

（2）2 0.36

（3）①0.3 ②346 ③升高

【解析】

试题分析：（1）N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）的△S＜0，自发进行可知△H﹣T△S＜0，则△H＜0，合成氨的阴极反应为N2+6H++6e﹣=2NH3；

（2）由图可知，横坐标为n（NH3）/n（CO2）=2时，尿素的体积分数最大，且y点氨气的转化率为80%，

2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（g）+H2O（g）

起始浓度（mol．L﹣1 ） 2 1 0 0

变化浓度（ol．L﹣1 ） 1.6 0.8 0.8 0.8

平衡浓度（mol．L﹣1 ） 0.4 0.2 0.8 0.8

平衡CO（NH2）2的体积分数y==0.36；

（3）①N失去电子，Cl得到电子，设消耗0.3mol•L﹣1的NaClO溶液为xL，由电子守恒可知，0.3mol×xL×2=×2×3，解得x=0.3；

②由图可知，第一步热化学反应为NH4+ （aq）+1.5O2（g）=2H+（aq）+NO2﹣ （aq）+H2O（l）△H=﹣273 kJ•mol﹣1①，

第二步热化学反应为NO2﹣ （aq）+0.5O2（g）=NO3﹣ （aq））△H=﹣73kJ•mol﹣1②，

由盖斯定律可知①+②得1mol NH4+（aq）全部氧化成NO3﹣ （aq）的热化学方程式为NH4+ （aq）+2O2（g）=2H+（aq）+NO3﹣ （aq）+H2O（l）△H=﹣346 kJ•mol﹣1，即放出346kJ的热量；

③H2催化还原饮用水中NO3﹣，反应中的还原产物和氧化产物均可参与大气循环，则产物为水和氮气，该反应为5H2+2NO3﹣N2+4H2O+2OH﹣，氢氧根离子浓度增大，则pH升高

考点：氧化还原反应、离子反应及热化学反应、化学平衡计算