Question

【題目】氮的化合物應(yīng)用廣泛，但氮氧化物是重要的空氣污染物，應(yīng)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=-159.5kJ·mol-1

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

③H2O(l)= H2O(g) △H=+44.0kJ·mol-1

用CO2和NH3合成尿素（副產(chǎn)物是液態(tài)水）的熱化學(xué)方式程為__________。

（2）工業(yè)上常用如下反應(yīng)消除氮氧化物的污染：CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H在溫度為T1和T2時(shí)，分別將0.40molCH4和1.0molNO2充入體積為1L的密閉容器中，n(CH4)隨反應(yīng)時(shí)間的變化如圖所示：

①據(jù)圖判斷該反應(yīng)的△H_____0（填“﹥”“﹤”“﹦”）,理由是：_______________。

②溫度為T1時(shí)，0～10min內(nèi)，NO2的平均反應(yīng)速率v(NO2)=__________。

③該反應(yīng)達(dá)到平衡后，為再提高反應(yīng)速率同時(shí)提高NO2的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有______（填字母序號(hào)）。

A.改用高效催化劑 B.升高溫度 C.縮小容器的體積 D.增加CH4的濃度

（3）利用原電池反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)NO2的無害化，總反應(yīng)為6NO2+8NH3=7N2+12H2O，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液。工作一段時(shí)間后，該電池正極附近溶液pH_____（填增大、減小或不變），負(fù)極的電極反應(yīng)式為______________。

Answer 1

【答案】 CO2（g）+ 2NH3(g) = CO(NH2)2(s) + H2O(l) H＝-87.0kJ/mol ＜ T1＜T2，T2時(shí)CH4的平衡含量高，說明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，逆向吸熱，正向放熱 0.02mol·L-1·min-1 D 增大 2NH3 - 6e- + 6OH- = N2 + 6H2O

【解析】（1）首先寫出合成尿素的化學(xué)方程式：④CO2+2NH3=CO(NH2)2+H2O，觀察發(fā)現(xiàn)④=①+②-③，根據(jù)蓋斯定律可知化學(xué)方程式相加減，焓變也跟著相加減，所以生成尿素的焓變△H=-159.5kJ·mol-1+（+116.5kJ·mol-1）-（+44.0kJ·mol-1）=-87.0kJ/mol，所以CO2和NH3合成尿素（副產(chǎn)物是液態(tài)水）的熱化學(xué)方式程為：CO2（g）+ 2NH3(g) = CO(NH2)2(s) + H2O(l) H＝-87.0kJ/mol。

（2）①由圖可知反應(yīng)在溫度T2時(shí)比T1時(shí)先達(dá)到平衡，所以T1<T2，由T1的平衡態(tài)到T2的平衡態(tài)，溫度升高，甲烷的物質(zhì)的量增大，說明上述平衡在逆向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)的規(guī)律可知逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H<0，故答案為：△H<0、T1＜T2，T2時(shí)CH4的平衡含量高，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，逆向吸熱，正向放熱。②溫度為T1時(shí)，0～10min內(nèi)，CH4的物質(zhì)的量減少0.1mol，所以其濃度減少0.1mol/L， v(CH4 )= 0.1mol/L÷10min=0.01 mol·L-1·min-1，故v(NO2)=2×v(CH4 )= 0.02mol·L-1·min-1。 ③A、催化劑只能加快反應(yīng)速率，不能改變平衡，NO2的轉(zhuǎn)化率不變，A錯(cuò)誤。B、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率加快，但平衡逆向移動(dòng)，NO2的轉(zhuǎn)化率降低，B錯(cuò)誤。C、縮小容器體積，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，平衡向氣體體積縮小的方向移動(dòng)，即向逆方向移動(dòng)，NO2的轉(zhuǎn)化率減小，C錯(cuò)誤。D、增加CH4的濃度，反應(yīng)速率加快，同時(shí)平衡正向移動(dòng)，NO2的轉(zhuǎn)化率增大，D正確，故選擇答案D。

（3）正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)可知NO2所在電極為正極，NO2得到電子被還原為N2，同時(shí)和水反應(yīng)生成OH-，電極方程式為NO2+4 e-+2H2O=N2+4OH-，所以正極附近溶液pH增大；負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)可知NH3所在電極作負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)為2NH3 - 6e- + 6OH- = N2 + 6H2O。