Question

【題目】氨是動(dòng)植物生長不可缺少的元素，氨在自然界中的循環(huán)對(duì)生命有重要意義。其循環(huán)示意圖如下:

(1) 氨分子的電子式是__________。

(2) NH3是重要的化工原料，用途廣泛，如合成尿素等。合成尿素原理分兩步:

CO2(g)+ 2NH3(g)=NH2COONH4(s) △H1=- 159.5kJ/mol

NH2COONH4(s) = CO(NH2)2(s) + H2O(g) △H2=+28.5kJ/mol

則2NH3(g)+ CO2(g)=CO(NH2)2(s) + H2O(g) △H=_______kJ/mol

(3) 氯化銨也是氨的重要化合物，現(xiàn)有25℃時(shí)某濃度的氯化銨溶液中NH3·H2O和NH4+的濃度隨pH的變化示意圖如圖I所示，則圖中曲線①代表的是__________[填c(NH3·H2O)或c(NH4+)]該溫度下NH3·H2O 電離平衡常數(shù)為___________(用a 的代數(shù)式表示)。

(4) 在厭氧環(huán)境下，土壤中的某些微生物(細(xì)菌)可將硝酸鹽還原成氮?dú)舛鴮?shí)現(xiàn)自然界中的氮循環(huán)。某研究性學(xué)習(xí)小組由“自然界中的氮循環(huán)”產(chǎn)生聯(lián)想:利用微生物的作用將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能即設(shè)計(jì)成微生物電池來同時(shí)處理含硝酸鈉和有機(jī)物的廢水，裝置原理如圖II(圖中有機(jī)物用C6H12O6表示).寫出電極b上的電極反應(yīng)式__________________。

(5) 將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮叫做氮的固定，其中一種重要的人工固氮就是合成氨�，F(xiàn)維持溫度為T壓強(qiáng)為P的條件下，向一容積可變的密閉容器中通入1molN2和3molH2發(fā)生N2(g) +3H2(g)2NH3(g)的反應(yīng)。容器容積與反應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)關(guān)系如下表:

時(shí)間/min	0	5	10	20	40	80
容器 容積/L	4.00V	3.20V	2.80V	2.60V	2.50V	2.50V

該條件下達(dá)平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率α(H2)=______，平衡常數(shù)K=_________(用V表示)

Answer 1

【答案】 -131.0 c(NH3·H2O) 10a-14 2NO3- + 6H2O + 10e- = N2↑+ 12OH- 75%

【解析】試題分析：本題是化學(xué)反應(yīng)原理的綜合題，主要考查蓋斯定律的應(yīng)用，電離平衡常數(shù)的計(jì)算，原電池原理，化學(xué)平衡的計(jì)算。

（1）NH3分子中N原子與H原子間形成共價(jià)鍵，NH3的電子式為。

（2）將反應(yīng)編號(hào)，CO2（g）+2NH3（g）=NH2COONH4（s）ΔH1=-159.5kJ/mol（①式）

NH2COONH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（g） ΔH2=+28.5kJ/mol（②式）

應(yīng)用蓋斯定律，①式+②式得，2NH3（g）+CO2（g）= CO（NH2）2（s）+H2O（g）ΔH=ΔH1+ΔH2=（-159.5kJ/mol）+（+28.5kJ/mol）=-131.0kJ/mol。

（3）曲線①隨著pH的增大，濃度增大，曲線①代表c（NH3·H2O）。NH3·H2O的電離方程式為NH3·H2ONH4++OH-，NH3·H2O的電離平衡常數(shù)=，由圖知當(dāng)c（NH4+）=c（NH3·H2O）時(shí)pH=a，此時(shí)c（H+）=10-amol/L，c（OH-）=10a-14mol/L，則NH3·H2O的電離平衡常數(shù)=10a-14。

（4）根據(jù)圖示電極b上的反應(yīng)為NO3-→N2，N元素的化合價(jià)由+5價(jià)降至0價(jià)，根據(jù)N守恒，2molNO3-得到10mol電子生成1molN2，2NO3-+10e-→N2↑，結(jié)合原子守恒，電極b上的電極反應(yīng)式為2NO3-+10e-+6H2O=N2↑+12OH-。

（5）根據(jù)表中數(shù)據(jù)40min和80min時(shí)容器容積相等，說明達(dá)到平衡時(shí)容器容積為2.50V。設(shè)從起始到平衡轉(zhuǎn)化N2物質(zhì)的量為x，用三段式

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

n（起始）（mol） 1 3 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol） x 3x 2x

n（平衡）（mol） 1-x 3-3x 2x

維持溫度T和壓強(qiáng)P不變，則混合氣體的體積之比等于混合氣體物質(zhì)的量之比， =，解得x=0.75mol，達(dá)到平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率α（H2）=100%=100%=75%。平衡時(shí)N2、H2、NH3物質(zhì)的量依次為0.25mol、0.75mol、1.5mol，平衡時(shí)N2、H2、NH3物質(zhì)的量濃度依次為0.1/Vmol/L、0.3/Vmol/L、0.6/Vmol/L，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K===。