Question

含氮化合物的研发与绿色发展、经济可持续发展有着密切关联。

（1）氨是一种重要化工原料。合成氨原料气H₂，可用天然气为原料制得，有关反应能量变化如下图所示。

则用CH₄(g)和H₂O(g)反应制得H₂(g)和CO(g)的热化学方程式为：                     

（2）氮的氧化物有着广泛用途，又是环境的污染物。

(i)在150℃时，将0.4mol NO₂气体充入体积为2L的真空密闭容器中，发生反应：2NO₂(g)N₂O₄(g)。每隔一定时间测定容器内各物质的物质的量，数据如下表：

时间/S	0	20	40	60	80
N(NO2)/mol	0.4	n1	0.26	n3	n4
N(N2O4)/mol	0	0.05	n2	0.08	0.08

①当反应在150℃达到平衡时，该反应平衡常数K=________。（填数值）

②若最初通入N₂O₄，在相同条件下达到平衡时，各物质浓度仍然相同，则N₂O₄的起始浓度应为______________。

(ii)氨氧化制HNO₃的尾气中含有NO和NO₂，且n(NO):n(NO₂) =1:1，可用尿素溶液除去，其作用原理是：NO₂和NO与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素[CO( NH₂)₂]反应生成对环境无污染的物质。若用1mol尿素吸收该尾气，则能吸收氮氧化物     ___________g。

（3）氨气，CO₂在一定条件下可合成尿素，其反应为：

2NH₃(g)+CO₂(g)===CO( NH₂)₂(s)+H₂O(g)，右图表示合成塔中氨碳比a与CO₂转化率ω的关系。a为[n(NH₃)/n(CO₂)]，b为水碳比[n(H₂O)/n(CO₂)]。则：

①b应控制在____；A.1.5～1.6    B.1～1.1    C.0.6～0.7

②a应控制在4.0的理由是_____________________。

Answer

（1）CH4(g)+H2O(g)== CO(g)+3H2(g) △H=+161.1KJ/mol

（2）（i）①2.8 ②0.10mol/L （ii）76g（3）①C

②a等于4.0, CO2转化率迅速提高到最大值；而a在4.0之后增大，c(NH3)转化率无明显增大。

【解析】

试题分析：（1）根据图像可知热化学方程式①CH4(g)+2O2(g)2H2O(g)+CO2(g) △H＝－846.3kJ/mol，②CO(g)+1/2 O2(g)CO2(g) △H＝+282kJ/mol，③H2(g)+1/2O2(g)H2O(g) △H＝－241.8kJ/mol，根据盖斯定律：①－②－③×3得CH4(g)和H2O(g)反应制得H2(g)和CO(g)的热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)== CO(g)+3H2(g) △H=+161.1KJ/mol 。

（2）(i)①分析表中数据知在150℃时，将0.4mol NO2气体充入体积为2L的真空密闭容器中，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)，当反应进行到60min时反应达到平衡，各物质的平衡浓度为c(N2O4)=0.04mol/L，c(NO2)=0.12mol/L，该反应平衡常数K= c(N2O4)/ c2(NO2)=0.04/0.122=2.8。②等温等容下，两边气体物质的系数不等的反应，只要最初加入气体的物质的量相当，会达到同一平衡状态，各物质浓度仍然相同，起始通入0.4mol NO2和起始通入0.2mol N2O4相当，则N2O4的起始浓度应为0.10mol/L。(ii)当NO和NO2按物质的量之比1:1混合相当于N2O3，氮元素的化合价为+3价，CO( NH2)2中氮元素的化合价为-3价，反应生成对环境无污染的N2，根据价态归中规律结合电子守恒知1mol尿素吸收1molN2O3，能吸收氮氧化物76g。

（3）①根据图像知当n(NH3)/n(CO2)一定时，n(H2O)/n(CO2)介于0.6—0.7时CO2的转化率最大，故b应控制在0.6～0.7，选C。②a应控制在4.0的理由是a等于4.0, CO2转化率迅速提高到最大值；而a在4.0之后增大，c(NH3)转化率无明显增大。

考点：考查反应热的计算、盖斯定律，化学平衡和氧化还原反应计算。