Question

【題目】氨是生產(chǎn)氮肥、尿素等物質(zhì)的重要原料。

（1）合成氨反應N2（g）+ 3H2（g）2NH3（g）在一定條件下能自發(fā)進行的原因是 。電化學法是合成氨的一種新方法，其原理如圖1所示，陰極的電極反應式是 。

（2）氨碳比[n（NH3）/n（CO2）]對合成尿素[2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（g）+H2O（g）]有影響，恒溫恒容時，將總物質(zhì)的量3 mol的NH3和CO2以不同的氨碳比進行反應，結(jié)果如圖2所示。a、b線分別表示CO2或NH3的轉(zhuǎn)化率變化，c線表示平衡體系中尿素的體積分數(shù)變化。[n（NH3）/ n（CO2）]= 時，尿素產(chǎn)量最大；經(jīng)計算，圖中y= （精確到0．01）。

（3）廢水中含氮化合物的處理方法有多種。

①用次氯酸鈉氧化氨氣，可以得到N2H4的稀溶液，該反應的化學方程式是_____________。

②用NaClO溶液也可將廢水中的NH4+ 轉(zhuǎn)化為N2。若處理過程中產(chǎn)生N2 0．672 L（標準狀況），則需要消耗0．3 mol·L－1的NaClO溶液 L。

③在微生物的作用下，NH4+ 經(jīng)過兩步反應會轉(zhuǎn)化為NO3-，兩步反應的能量變化如圖3所示。則1 mol NH4+ （aq）全部被氧化成NO3-（aq）時放出的熱量是 kJ。

④用H2催化還原法可降低水中NO3-的濃度，得到的產(chǎn)物能參與大氣循環(huán)，則反應后溶液的pH （填“升高”、“降低”或“不變”）。

Answer 1

【答案】（1）△H <0，N2+6H++6e—=2NH3；（2）2，0．36； （3）① NaClO+2NH3═N2H4+NaCl+H2O；②0．3；③346 ；④升高。

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)△G=△H－T△S，此反應是△S<0，自發(fā)進行△G<0，因此△H<0，根據(jù)H＋移動方向，左端是正極，右端是負極，根據(jù)示意圖，正極反應式為N2＋6H＋＋6e－=2NH3；（2）根據(jù)圖像，c代表平衡體系中尿素的體積分數(shù)變化，因此比值為2時，尿素的產(chǎn)量最大，氨碳比=2，總物質(zhì)量為3mol，則n（NH3）=2mol,n（CO2）=1mol，生成CO（NH2）2和水蒸氣的物質(zhì)的量為1×0．8mol=0．8mol，此時n（NH3） = （2－2 × 0．8） mol = 0．4 mol，n（CO2） = （1－1 ×0．8） mol = 0．2 mol，因此尿素的體積分數(shù)是0．8/（0．4 ＋ 0．2 ＋ 0．8 ＋ 0．8） × 100% = 36%；（3）①NaClO作氧化劑，化合價由＋1價→－1價，化合價降低2價，NH3作還原劑，NH3中－3價→－2價，化合價升高1價，最小公倍數(shù)是2，因此反應方程式為：NaClO+2NH3═N2H4+NaCl+H2O；②根據(jù)得失電子數(shù)目守恒，即V（NaClO）×0．3×2=0．672×2×3/22．4，解得V（NaClO）=0．3L；③第一步反應式為①NH4＋（aq）＋1．5O2（g） =NO2－（aq） ＋2H＋（aq） ＋H2O（l） △H=－273 kJ·mol－1；②NO2－（aq） ＋ 0．5O2（g） = NO3－（aq） △H=－73 kJ·mol－1，①＋②得到NH4＋（aq） ＋ 2O2（g） = NO3－（aq） ＋ H＋（aq） ＋ H2O（l） △H=－360 kJ·mol－1；④參加大于循環(huán)，即NO3－轉(zhuǎn)化成N2，反應方程式為5H2 ＋ 2NO3－ = N2↑ ＋ 2OH－ ＋ 4H2O，因此pH升高。