Question

【题目】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[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（副产物是液态水）的热化学方式程为__________。

（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0.40molCH4和1.0molNO2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据图判断该反应的△H_____0（填“﹥”“﹤”“﹦”）,理由是：_______________。

②温度为T1时，0～10min内，NO2的平均反应速率v(NO2)=__________。

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______（填字母序号）。

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，该电池正极附近溶液pH_____（填增大、减小或不变），负极的电极反应式为______________。

Answer 1

【答案】 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 D 增大 2NH3 - 6e- + 6OH- = N2 + 6H2O

【解析】（1）首先写出合成尿素的化学方程式：④CO2+2NH3=CO(NH2)2+H2O，观察发现④=①+②-③，根据盖斯定律可知化学方程式相加减，焓变也跟着相加减，所以生成尿素的焓变△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（副产物是液态水）的热化学方式程为：CO2（g）+ 2NH3(g) = CO(NH2)2(s) + H2O(l) H＝-87.0kJ/mol。

（2）①由图可知反应在温度T2时比T1时先达到平衡，所以T1<T2，由T1的平衡态到T2的平衡态，温度升高，甲烷的物质的量增大，说明上述平衡在逆向移动，根据平衡移动的规律可知逆反应方向为吸热反应，所以正反应为放热反应，△H<0，故答案为：△H<0、T1＜T2，T2时CH4的平衡含量高，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，逆向吸热，正向放热。②温度为T1时，0～10min内，CH4的物质的量减少0.1mol，所以其浓度减少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、催化剂只能加快反应速率，不能改变平衡，NO2的转化率不变，A错误。B、该反应正反应为放热反应，升高温度，反应速率加快，但平衡逆向移动，NO2的转化率降低，B错误。C、缩小容器体积，相当于增大压强，反应速率加快，平衡向气体体积缩小的方向移动，即向逆方向移动，NO2的转化率减小，C错误。D、增加CH4的浓度，反应速率加快，同时平衡正向移动，NO2的转化率增大，D正确，故选择答案D。

（3）正极得到电子发生还原反应，根据总反应可知NO2所在电极为正极，NO2得到电子被还原为N2，同时和水反应生成OH-，电极方程式为NO2+4 e-+2H2O=N2+4OH-，所以正极附近溶液pH增大；负极失去电子发生氧化反应，根据总反应可知NH3所在电极作负极，发生的电极反应为2NH3 - 6e- + 6OH- = N2 + 6H2O。