Question

【題目】氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生命活動中起著重要作用。

(1)氨氣是一種重要的化工原料，氨態(tài)氮肥是常用的肥料。

哈伯法合成氨技術(shù)的相關(guān)反應(yīng)為:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-93kJ/mol，實際生產(chǎn)中，常用工藝條件：Fe作催化劑，控制溫度773K、壓強3.0×107Pa，原料氣中N2和H2物質(zhì)的量之比為1：2.8。

①合成氨技術(shù)是氮的固定的一種，屬于______(選填“大氣固氮”、“生物固氮”“人工固氮”)。

②合成氨反應(yīng)常用鐵觸媒催化劑，下列關(guān)于催化劑的說法不正確的是_________。

A.可以加快反應(yīng)速率 B.可以改變反應(yīng)熱

C.可以減少反應(yīng)中的能耗 D.可以增加活化分子的數(shù)目

③關(guān)于合成氨工藝的下列理解，正確的是_________。

A.原料氣中N2過量，是因N2相對易得，適度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率

B.控制溫度(773K)遠高于室溫，是為了保證盡可能高的平衡轉(zhuǎn)化率和快的反應(yīng)速率

C.當(dāng)溫度、壓強一定時，在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體，有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率

D.分離空氣可得N2，通過天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化可得H2，原料氣須經(jīng)過凈化處理，以防止催化劑中毒和安全事故發(fā)生

(2)肼(N2H4)是氮的氫化物之一，其制備方法可用次氯酸鈉氧化過量的氨氣。

①次氯酸鈉溶液顯堿性，表示原理的離子方程式是_________________________。

②常溫下，該水解反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=1.0×10-6mol/L，則1.0mol/LNaClO溶液的pH=____。

③肼與N2O4氧化反應(yīng)生成N2和水蒸氣。

已知：N2(g)+2O2(g)=N2O4(l) △H=-19.5kJ/mol

N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-534.2kJ/mol

請寫出肼和N2O4反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式_________________________________。

(3)在NH4HCO3溶液中，反應(yīng)NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K=_____。(已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常數(shù)Kb=2×10-5，H2CO3的電離平衡常數(shù)Ka1=4×10-7)。

Answer 1

【答案】人工固氮 BC AD ClO-+H2OHClO+OH- 11 2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H=-1048.9kJ/mol 1.25×103

【解析】

(1)①由氮元素的單質(zhì)變?yōu)榈幕衔锏倪^程為氮的固定，可根據(jù)氮固定形式判斷固定方式；

②催化劑可降低反應(yīng)的活化能，提高活化分子百分數(shù)，加快化學(xué)反應(yīng)速率但不能使反應(yīng)平衡發(fā)生移動；

③根據(jù)合成氨氣的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動角度分析外界條件對合成氨氣反應(yīng)的影響；

(2)①根據(jù)次氯酸鈉是強堿弱酸鹽，利用鹽的水解規(guī)律分析；

②根據(jù)水解平衡常數(shù)的含義計算溶液中c(OH-)，然后利用水的離子積計算c(H+)再根據(jù)pH=-lg(H+)計算pH；

③根據(jù)蓋斯定律，將兩個熱化學(xué)方程式疊加，可得相應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(3)根據(jù)水解平衡常數(shù)的表達式與Kb、Ka1和水的離子積的關(guān)系計算。

(1)①N2與H2在催化劑存在時，在高溫、高壓條件下發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生NH3，該反應(yīng)屬于氮的固定，是人工固氮；

②A.鐵觸媒是合成氨氣的催化劑，由于降低了反應(yīng)的活化能，使更多的分子變?yōu)榛罨肿�，活化分子�?shù)增加，反應(yīng)速率加快，A正確；

B.催化劑可以改變反應(yīng)途徑，但不能改變物質(zhì)的始態(tài)和終態(tài)，因此不可以改變反應(yīng)熱，B錯誤；

C.由于催化劑不能改變物質(zhì)的始態(tài)和終態(tài)，因此不能改變反應(yīng)過程的能量變化，所以不能減少反應(yīng)中的能耗，C錯誤；

D.由于催化劑可降低反應(yīng)的活化能，使更多的普通分子變?yōu)榛罨肿�，所以可以增加活化分子的�?shù)目，D正確；

故合理選項是BC；

③A.合成氨氣中N2、H2反應(yīng)的物質(zhì)的量的比是1：3，加入的原料氣中N2和H2物質(zhì)的量之比為1：2.8，N2過量，是因N2相對易得，適度過量可以加快反應(yīng)速率，由于增大了一種反應(yīng)物的濃度，可以使化學(xué)平衡正向移動，從而可以使其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高，從而可提高H2的轉(zhuǎn)化率，A正確；

B.控制溫度(773K)遠高于室溫，主要是因為在此溫度下催化劑的活性最大，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率降低，B錯誤；

C.當(dāng)溫度、壓強一定時，在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體，由于不能改變?nèi)魏我环N反應(yīng)物的濃度，因此對物質(zhì)平衡轉(zhuǎn)化率無影響，C錯誤；

D.空氣的主要成分是N2、O2，分離空氣可得N2，通過天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化可得H2，原料氣N2、H2必須經(jīng)過凈化處理，以防止催化劑中毒導(dǎo)致失去催化活性及發(fā)生安全事故發(fā)生，D正確；

故合理選項是AD；

(2)①次氯酸鈉是強堿弱酸鹽，在溶液中ClO-會發(fā)生水解反應(yīng)：ClO-+H2OHClO+OH-，最終達到平衡時，溶液中c(OH-)>c(H+)，所以溶液顯堿性；

②ClO-的水解平衡常數(shù)K==1.0×10-6mol/L，c2(OH-)=1.0mol/L×1.0×10-6mol/L=1.0×10-6mol2/L2，所以c(OH-)=1.0×10-3mol/L，則c(H+)==1.0×10-11mol/L，所以溶液的pH=11；

③(i)N2(g)+2O2(g)=N2O4(l) △H=-19.5kJ/mol

(ii)N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-534.2kJ/mol

(ii)×2-(i)，整理可得2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H=-1048.9kJ/mol

(3)反應(yīng)NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K==1.25×10-3。