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。

（1）用CO₂和NH₃可合成氮肥尿素[CO(NH₂)₂]

已知：①2NH₃(g)+CO₂(g)=NH₂CO₂NH₄ (s)   △H=-151.5 kJ·mol^-1

②NH₂CO₂NH₄(s)=CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)   △H=+120.5 kJ·mol^-1

③H₂O(l)=H₂O(g)   △H=+44 kJ·mol^-1

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0.9molNO₂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“＝”）。

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=_________ 。

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．增加CH₄的浓度  C．缩小容器的体积   D．升高温度

（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HCl溶液，工作一段时间后，负极的电极反应式为________________。

（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Ba(OH) ₂ 与bmol/L的HN₃溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba²⁺)=c（N₃^-），则该溶液中c(HN₃)=_________ mol/L。

Answer

2NH3(g) +CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O (l) △H=-75kJ/mol < 0.02 mol ·L-1·min-1 3.6 B 2NH3 - 6e- = N2 + 6H+ c（Na+）＞c（N3﹣）＞c（OH-）＞c（H+） （0.5b-a）

【解析】

（1）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；

（2）①先拐先平温度高，升高温度甲烷物质的量增大，说明升温平衡逆向移动；

②温度T1时，0～10min内NO2的平均反应速率v=，平衡常数K= ；

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）正极上是二氧化氮得到电子发生还原反应，负极上是氨气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中离子浓度大小顺序；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=-151.5 kJ·mol-1

②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+120.5 kJ·mol-1

③H2O(l)=H2O(g) △H=+44 kJ·mol-1

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=-75kJ/mol，

故答案为：2NH3(g) +CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O (l) △H=-75kJ/mol；

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

①结合图像分析，先拐先平温度高，即T2>T1，温度越高甲烷物质的量越大，证明升温平衡逆向进行，正反应为为放热反应，△H<0，

故答案为：<；

②温度T1时，0～10min内，甲烷物质的量减小0.4mol−0.3mol=0.1mol，反应的二氧化氮物质的量为0.2mol， NO2的平均反应速率v(NO2)= =0.02 mol ·L-1·min-1，

结合三段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，

K==3.6；

③CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，反应为气体体积增大的放热反应，

A、改用高效催化剂增大反应速率不改变化学平衡，转化率不变，故A不符合题意；

B、增加CH4的浓度，反应速率增大，提高NO2的转化率，故B符合题意；

C、缩小容器的体积，增大压强反应速率增大，平衡逆向进行，反应物转化率减小，故C不符合题意；

D、反应为放热反应，升高温度平衡逆向进行，反应速率增大，转化率减小，故D不符合题意；

故答案为：B；

（3）6NO2+8NH3=7N2+12H2O，正极上是二氧化氮得到电子发生还原反应，电极反应为：2NO2+8e−+4H2O=N2+8OH−，负极上是氨气失电子发生氧化反应，电极反应为：2NH3 - 6e- = N2 + 6H+；

（4）NaN3溶液中N3−水解，溶液呈碱性，故溶液中离子浓度c(Na+)＞c(N3﹣)＞c(OH-)＞c(H+)；常温下，将amol⋅L−1的HN3与bmol⋅L−1的Ba(OH)2溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在电荷守恒，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 =（0.5b-a）mol/L。