氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。
(1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:
①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s);ΔH=-159.47 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4(s)=CO (NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=a kJ·mol-1
③2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=-86.98 kJ·mol-1则a为 。
(2)反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g) 在合成塔中进行。下图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比 [n(NH3)/n(CO2)]和水碳比[n(H2O)/n(CO2)]投料时二氧化碳转化率的情况。
①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值分别为:
A.0.6~0.7 B.1~1.1 C.1.5~1.61
生产中应选用水碳比的数值为 (选填序号)。
②生产中氨碳比宜控制在4.0左右,而不是4.5的原因可能是 。
(3)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺,其反应原理为:
NO+NO2+H2O=2HNO2;2HNO2+CO(NH2)2=2N2↑+CO2↑+3H2O。
①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中V(NO)∶V(NO2)=5∶1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V(空气)∶V(NO)= (空气中氧气的体积含量大约为20%)。
②图2是尿素含量对脱氮效率的影响,从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为 %。
(4)图3表示使用新型电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量,同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式 。
纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取Cu2O的三种方法:
方法Ⅰ | 用炭粉在高温条件下还原CuO |
方法Ⅱ | 用肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2 |
方法Ⅲ | 电解法:2Cu+H2OCu2O+H2↑ |
已知:2Cu(s)+1/2O2(g)=Cu2O(s);△H=-akJ·mol-1
C(s)+1/2O2(g)=CO(g);△H=-bkJ·mol-1
Cu(s)+1/2O2(g)=CuO(s);△H=-ckJ·mol-1
则方法Ⅰ发生的反应:2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g) △H = kJ·mol-1
(1)工业上很少用方法Ⅰ制取Cu2O是由于方法Ⅰ反应条件不易控制,若控温不当,会降低Cu2O产率,请分析原因: 。
(2)方法Ⅱ为加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O,同时放出N2。该制法的化学方程式为 。
(3)方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度而制备纳米Cu2O,装置如图所示,写出电极反应式:阴极 ;阳极 。
(4)在相同的密闭容器中,用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验:2H2O(g) 2H2(g)+ O2(g) ⊿H >0,水蒸气的浓度(mol·L-1)随时间t (min)变化如下表所示:
序号 | Cu2Oa克 | 温度 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
① | 方法Ⅱ | T1 | 0.050 | 0.0492 | 0.0486 | 0.0482 | 0.0480 | 0.0480 |
② | 方法Ⅱ | T1 | 0.050 | 0.0488 | 0.0484 | 0.0480 | 0.0480 | 0.0480 |
③ | 方法Ⅲ | T2 | 0.10 | 0.094 | 0.090 | 0.090 | 0.090 | 0.090 |
下列叙述正确的是 (填字母代号)。
a.实验的温度T2小于T1
b.实验①前20 min的平均反应速率v(O2)=7×10-5 mol·L-1 min-1
c.实验②比实验①所用的催化剂催化效率高
d.实验①、②、③的化学平衡常数的关系:K1=K2<K3
氨气常用作致冷剂及制取铵盐和氮肥,是一种用途广泛的化工原料。
(1)下图是当反应器中按按n(N2):n(H2)=1:3投料后,在200℃、400℃、600℃下,反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线。
①曲线a对应的温度是 。
②关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是 (填字母)。
A.及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率
B.加催化剂能加快反应速率且提高H2的平衡转化率
C.上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)= K(Q) >K(N)
③ M点对应的H2转化率是 。
(2)工业制硫酸的尾气中含较多的SO2,为防止污染空气,回收利用SO2,工业上常用氨水吸收法处理尾气。当氨水中所含氨的物质的量为3 mol ,吸收标准状况下44.8 L SO2时,溶液中的溶质为 。
(3)氨气是一种富氢燃料,可以直接用于燃料电池,下图是供氨水式燃料电池工作原理:
①氨气燃料电池的电解质溶液最好选择 (填“酸性”、“碱性”或“中性”)溶液。
②空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是 。
③氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水,该电池正极的电极反应方程式是 。
前20号主族元素A、B、、C、D、E、F的原子序数依次增大,它们的原子核最外层电子数之和为18,A的原子半径为自然界最小,B、F为同一主族,E为地壳中含量最多的金属元素,F原子最外层与最内曾电子数相等,C、D可以形成两种常见化合物。是回答以下问题:
(1)写出FC2的电子式 ,FC2与A2D反应的化学方程式为 。
(2)AC、D三种元素形成的化合物C2A4D2中一定含有 。(填“离子键”、“极性共价键”或“非极性共价键”)
(3)由D、E、F形成的简单离子的离子半径由大到小的顺序是 。(用元素离子符号表示)
(4)元素B的性质与元素E的性质很相似,写出下列反应的离子方程式:
单质B与氢氧化钠溶液反应: ;
B的氧化物与氢氧化钠溶液反应: 。
在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:(已知N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1)
容器 | 甲 | 乙 | 丙 |
反应物的投入量 | 1molN2、3molH2 | 2molNH3 | 4molNH3 |
NH3的浓度(mol•L-1) | c1 | c2 | c3 |
反应的能量变化 | 放出akJ | 吸收bkJ | 吸收ckJ |
体系的压强(Pa) | p1 | p2 | p3 |
反应物的转化率 | a1 | a2 | a3 |
下列说法正确的是
A.2c1>c3 B.a+b=92.4 C.2p2<p3 D.α1+α3=1
某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL,平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉,最多能溶解9.6 g。向另一份中逐渐加入铁粉,产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析或结果错误的是
A.原混合酸中NO3-物质的量为0.1 mol
B.OA段产生的是NO,AB段的反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+,BC段产生氢气
C.第二份溶液中最终溶质为FeSO4
D.H2SO4浓度为2.5 mol·L-1