Question

氮的化合物应用广泛，但氮氧化物是重要的空气污染物，应降低其排放。请回答下列问题：   

(1)用CO₂和NH₃可合成氮肥尿素[CO(NH₃)₂]，已知：

①2NH₃(g)+CO₂(g)=NH₂CO₂NH₄ (s)     △H=-159.5kJ/mol

②NH₂CO₂NH₄(s)=CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)  △H=+116.5 kJ/mol

③H₂O(l)=H₂O(g)                     △H=+44 kJ/mol

用CO₂和NH₃合成尿素（副产物是液态水）的热化学方程式为__________________。

(2)工业上常用如下反应消除氮氧化物的污染：CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H，在温度为T₁和T₂时，分别将0.40molCH₄和1.0molNO₂充入体积为1L的密闭容器中，n(CH₄)随反应时间的变化如图所示：

①根据图判断该反应的△H________0（填“>”、“<”或“=”）。理由是__________。

②温度为T₁时，0～10min内NO₂的平均反应速率V(NO₂)= ______，反应的平衡常数K=________mol/L（保留三位小数）

③该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高NO₂的转化率，可采取的措施有_______（填标号）。

A．改用高效催化剂     B．升高温度     C．缩小容器的体积     D．增加CH₄的浓度

(3)利用原电池反应可实现NO₂的无害化，总反应为6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O，电解质溶液为NaOH溶液，工作一段时间后，该电池正极区附近溶液pH______（填“增大”、“减小”或“不变”）。

(4)氮的一种氢化物HN₃ ，其水溶液酸性与醋酸相似，则NaN₃溶液中各离子浓度由大到小的顺序为_____________；常温下，将amol/L的HN₃与bmol/L的Ba(OH) ₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba²⁺)=c(N₃^-)，则该混合物溶液呈________（填“酸”、“碱”或“中”）性，溶液中c(HN₃)=_______mol/L(用a、b表示）。

Answer

2NH3(g)+CO2 (g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-87.0 kJ/ mol < T1c(CN3-)>c(OH-)>c(H+)

【解析】

(1)结合盖斯定律计算；

(2)①先拐先平温度高，然后根据升高温度甲烷物质的量增大，说明升温平衡逆向进行；

②温度T1时，0～10min内NO2的平均反应速率v=，根据平衡常数K的含义进行计算；

③提高反应速率同时提高NO2的转化率，增大反应速率同时平衡正向进行，结合化学平衡移动原理和反应特征分析判断；

(3)正极上是NO2得到电子，发生还原反应，负极上是NH3失电子，发生氧化反应，结合电极反应分析判断；

(4)NaN3溶液中N3-水解，溶液呈碱性，结合溶液中电荷守恒分析溶液酸碱性，结合反应2HN3+Ba(OH)2=Ba(N3)2+2H2O的定量关系计算剩余HN3物质的量得到溶液中HN3浓度。

(1)①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s) △H=-159.5kJ/mol

②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.5 kJ/mol

③H2O(l)=H2O(g) △H=+44 kJ/mol

结合盖斯定律计算①+②-③得到CO2和NH3合成尿素（副产物是液态水）的热化学方程式：2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-87kJ/mol；

(2)CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H

①图象分析可知，先拐先平温度高，T2＞T1，在其它条件不变时，温度越高甲烷物质的量越大，证明升高温度，化学平衡向逆反应方向进行，则该反应的正反应为放热反应，△H＜0；

②温度T1时，0～10min内，甲烷物质的量减小△n(CH4)=0.4mol-0.3mol=0.1mol，反应的NO2物质的量为0.2mol，平衡浓度为0.1mol/L，NO2的平均反应速率v(NO2)==0.02mol/(L•min)；

结合三行计算列式计算平衡浓度得到平衡常数，平衡状态下甲烷物质的量0.1mol，

CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

起始浓度(mol/L) 0.4 1 0 0 0

变化浓度(mol/L) 0.3 0.6 0.3 0.3 0.6

平衡浓度(mol/L) 0.1 0.4 0.3 0.3 0.6

K==2.025；

③CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H<0，该反应的正反应为气体体积增大的放热反应。则

A.改用高效催化剂增大反应速率不改变化学平衡，物质的转化率不变，A错误；

B.正反应为放热反应，升高温度化学平衡逆向进行，反应速率增大，但反应物的转化率减小，B错误；

C.缩小容器的体积，压强增大，反应速率增大，由于该反应的正反应是气体体积增大的反应，增大压强，化学平衡向气体体积减小的逆反应方向移动，反应物转化率减小，C错误；

D.增加CH4的浓度，正反应速率增大，可以提高另一种反应物NO2的转化率，D正确；

故合理选项是D；

(3)6NO2+8NH3=7N2+12H2O，根据总反应方程式可知：在正极上是NO2得到电子发生还原反应，电极反应为：2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-，可见该电池正极区附近溶液pH增大，负极上是NH3失电子发生氧化反应，电极反应为：2NH3-6e-+6OH-=6H2O+N2；

(4)NaN3是强碱弱酸盐，在溶液中N3-水解，消耗水电离产生的H+，使溶液呈碱性，但盐电离产生的离子水解程度是微弱的，主要以盐电离产生的离子存在，所以该盐溶液中离子浓度c(Na+)>c(N3—)>c(OH—)>c(H+)；常温下，将amol/L的HN3与bmol/L的Ba(OH)2溶液等体积混合，充分反应后，根据电荷守恒可得c(H+)+2c(Ba2+)=c(N3-)+c(OH-)，当2c(Ba2+)=c(N3-)，c(H+)= c(OH-)，则该混合物溶液呈中性，2HN3+ Ba(OH)2=Ba(N3)2+2H2O，溶液呈中性，溶液中c(HN3)==mol/L=mol/L。