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

已知：①2NH₃(g)+CO₂(g)===NH₂CO₂NH₄(s)   △H=－159.5kJ·mol^－1

②NH₂CO₂NH₄(s)===CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)     △H=+116.5kJ·mol^－1

③H₂O(1)===H₂O(g)  △H=+44kJ·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0.40 mol CH₄和1.0 mol NO₂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根据如图判断该反应的△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(NO)₂=___________，反应的平衡常数K=______(保留三位小数)

③该反应达到平衡后，为再提高反应速率同时提高NO₂的转化率，可采取的措施有______(填编号)。

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”)，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 a mol·L^－1的HN₃与b mol·L^－1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^－1。

Answer

CO2(g)+ 2NH3(g) = CO(NH2)2(s) + H2O(l) △H＝-87.0kJ/mol ＜ T1＜T2，T2时CH4的平衡含量高，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，逆向吸热，正向放热 0.02mol·L-1·min-1 2.025 D 增大 2NH3 - 6e- + 6OH- = N2 + 6H2O c(Na+)>c(N3-)>c(OH-)>c(H+) 中 0.5a-b

【解析】

(1)已知：①2NH3(g)+CO2(g)＝NH2CO2NH4(s) △H=-159.5 kJ/mol，②NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.5 kJ/mol，③H2O(l)＝H2O(g) △H=+44.0 kJ/mol，根据盖斯定律，将①+②-③得：CO2(g)+2NH3(g)＝CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=(-159.5 kJ/mol)+(+116.5 kJ/mol)-(+44.0 kJ/mol)=-87.0kJ/mol，故答案为CO2(g)+2NH3(g)＝CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H＝-87.0kJ/mol；

(2) ①根据图像，T2时先达到平衡，说明T2＞T1，温度越高平衡时甲烷物质的量越大，说明平衡逆向进行，因此正反应为放热反应，△H＜0，故答案为＜；T1＜T2，T2时CH4的平衡含量高，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，逆向吸热，正向放热；

②温度为T1时，10min时，n(CH4)=0.3mol，根据方程式，反应的n(NO2)=2×(0.4mol-0.3mol)=0.2mol，NO2的平均反应速率v(NO2)== 0.02mol·L-1·min-1，

根据图中信息可知，平衡时n(CH4)=0.10mol，故有：

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

开始时浓度(mol/L) 0.4 1.0 0 0 0

改变的浓度(mol/L) 0.30 0.6 0.3 0.3 0.6

平衡时浓度(mol/L) 0.10 0.4 0.3 0.3 0.6

K=；

③A.改用高效催化剂，不能影响平衡的移动，不能提高NO2的转化率，选项A错误；

B.升高温度，反应速率加快，平衡逆向移动，NO2的转化率减小，选项B错误；

C.缩小容器的体积，物质的浓度增大，反应速率加快，平衡逆向移动，NO2的转化率减小，选项C错误；

D.增加CH4的浓度，反应速率加快，平衡正向移动，NO2的转化率增大，选项D正确；

答案选D；

(3)利用原电池反应可实现NO2的无害化的总反应为6NO2+8NH3=7N2+12H2O，电解质溶液为NaOH溶液。工作时，正极上二氧化氮得到电子生成氮气，电极方程式为2NO2+8e-+4H2O＝N2+8OH-，正极附近溶液的pH增大；负极上氨气失去电子生成氮气，电极反应式为2NH3-6e-+6OH-＝N2+6H2O，故答案为增大；2NH3-6e-+6OH-＝N2+6H2O；

(4)氮的一种氢化物HN3，其水溶液酸性与醋酸相似，则NaN3为强碱弱酸盐，水解呈碱性，溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)>c(N3-)>c(OH-)>c(H+)；混合后溶液中c(Ba2+)=0.5b mol/L，根据电荷守恒：2c(Ba2+)+c(H+)=c(N3-)+c(OH-)，溶液中存在2c(Ba2+)= c(N3-)，则c(H+)=c(OH-)，溶液显中性；溶液中c(N3-)=b mol/L，由物料守恒可知溶液中c(HN3)=(0.5a-b)mol/L，故答案为中；0.5a-b。