Question

【题目】二氧化碳和氨是重要的化工产品，是纯碱工业、制造硝酸、铵盐和氮肥等的原料。

（1）CO2的电子式是 。

（2）以NH3与CO2为原料合成尿素[化学式为CO(NH2)2]的主要反应如下：

① 2NH3(g)+CO2(g) = NH2CO2NH4(s) △H=－l59.5 kJ·mol-1

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

③ H2O(1) = H2O(g) △H=+44.0kJ·mol-1

写出CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学反应方程式 ；

（3）NH3和O2在铂系催化剂作用下从145℃就开始反应：

4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) △H＝－905kJ·mol-1

不同温度下NO产率如下图1所示，由此图可知温度对NO产率的影响规律为 ，请用化学反应速率和化学平衡理论解释其原因： 。

图1 图2

（4）以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如图2所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，有关石墨I电极反应可表示为_______________。

（5）已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数K=1.75×10－5，H2CO3的电离平衡常数K1=4.4×10－7，K2=4.7×10－11。 常温下，用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液，NH4HCO3溶液显__________（填“酸性”、“中性”或“碱性”）；计算反应NH4++HCO3—+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K= （结果保留2位有效数字）。

Answer 1

【答案】（1）（×写成●也可以，2分）

（2）2NH3(g)+CO2(g)= CO(NH2)2(s) +H2O(l) △H= -87.0 kJ·mol-1 （2分）

（写可逆符号也可以，方程式1分，△H 1分）

（3）145℃到900℃时，NO产率随温度升高而增大（1分）；温度高于900℃时，NO产率随温度升高而减小（1分）（共2分，分要点给分，若答“NO产率随温度升高先增大后减小”只给1分）。

145℃到900℃时，温度升高，反应速率加快，NO产率增大（1分）；该反应的正反应为放热反应，温度高于900℃时，化学平衡向逆反应方向移动，NO产率减小（2分）[共3分，分要点给分]

（4）NO2＋NO3－－e－＝N2O5（2分）

（5）碱性（2分），1.3×10-3（或0.0013）（2分）

【解析】

试题分析：（1）CO2的电子式是；

（2）① 2NH3(g)+CO2(g) = NH2CO2NH4(s) △H=－l59.5 kJ·mol-1② NH2CO2NH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.5 kJ·mol-1 ③ H2O(1) = H2O(g) △H=+44.0kJ·mol-1，根据盖斯定律，①+②-③得2NH3(g)+CO2(g)= CO(NH2)2(s) +H2O(l) △H= -159.5+116.5-44=-87.0 kJ·mol-1 ；

（3）由此图可知温度为145℃到900℃时，NO产率随温度升高而增大，当温度高于900℃时，NO产率随温度升高而减小；其原因是因为温度145℃到900℃时，反应未达平衡状态，温度升高，反应速率加快，NO产率增大；温度在900℃时，反应达到平衡状态，温度高于900℃时，由于该反应的正反应为放热反应，温度高于900℃时，化学平衡向逆反应方向移动，NO产率减小；

（4）燃料电池中通氧气的一极为正极，通燃料的一极为负极，则石墨I极为负极，石墨II极为正极，负极上NO2失电子生成N2O5，则石墨I极的电极反应式为NO2＋NO3－－e－＝N2O5；

（5）NH3·H2O的电离平衡常数K=1.75×10－5，H2CO3的电离平衡常数K1=4.4×10－7，K2=4.7×10－11，可知，NH4HCO3溶液中NH4+的水解程度弱于HCO3-，所以NH4HCO3溶液显碱性；NH4++HCO3—+H2O NH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=c(NH3·H2O)c(H2CO3)/c(NH4+)c(HCO3—)，由于NH3·H2O的电离平衡常数K= c(NH4+)c(OH-)/ c(NH3·H2O)=1.75×10－5，H2CO3的电离平衡常数K1= c(HCO3—) c(H+)/ c(H2CO3)=4.4×10－7，所以[c(NH4+)c(OH-)/ c(NH3·H2O)][ c(HCO3—) c(H+)/ c(H2CO3)]=Kw/[c(NH3·H2O)c(H2CO3)/c(NH4+)c(HCO3—)]= 1.75×10－5×4.4×10－7=7.7×10－12，所以c(NH3·H2O)c(H2CO3)/c(NH4+)c(HCO3—)= Kw/ 7.7×10－12=1.3×10-3=0.0013。