Question

13．氮及其化合物在工农业生产生活中应用广泛，请解决下列问题．
（1）化合物甲（由氮和另一种常见的主族元素组成）是一种新型无机材料．将8.2g甲溶于足量的氢氧化钠溶液，可产生标准状况下为4.48L的气体，该气体可作制冷剂．向反应后的溶滚中逐滴加入稀盐酸，产生白色沉淀质量最大为15.6g，继续滴加沉淀消失．则甲溶于氢氧化钠的化学方程式为AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑．
（2）NH₃催化还原氮氧化物是目前应用广泛的烟气氮氧化物脱除技术．例如：
4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H₁
己知：①H2O（l）=H₂O（g）△H₂
②4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃
则NH₃（g）的标准燃烧热△H=$\frac{3△{H}_{3}+2△{H}_{1}-30△{H}_{2}}{20}$．
以FeSO₄作催化剂在不同温度下，经过相同的时间测试氨还原氮氧化物效果如图1，当反应在400～450℃，NOx的转化率随温度升高而降低．当体系温度升至500℃以上时．NOx的转化率迅速下降，其可能原因是催化剂活性降低（FeSO4受热分解）．图2反映的是在400℃N₂的体积分数与反应物中$\frac{c（N{H}_{3}）}{c（N{O}_{x}）}$的关系，请在下面的图2上画出450℃的变化趋势曲线．

（3）N₂O₅是绿色硝化试剂，溶于水可得硝酸．图3是以N₂O₄为原料电解制备N₂O₅的装置示意图．写出阳极区生成N₂O₅的电极反应式是N₂O₄-2e^-+2HNO₃=2N₂O₅+2H⁺．
（4）常温下，向0.1mol/L氨水中加入少许N₂O₅，使溶液中c（NH₃•H₂O）：c（NH₄⁺）=5：9，此时溶液的pH=9．（25℃时．NH₃•H₂O的电离平衡常数K_b=1.8×10^-5）

Answer 1

分析 （1）化合物甲（由氮和另一种常见的主族元素组成），溶于足量的氢氧化钠溶液，产生的气体可作制冷剂为氨气，反应后的溶滚中逐滴加入稀盐酸，先沉淀后沉淀为溶解，为铝的化合物的特征，结合相关数据推出化合物甲为氮化铝；
（2）燃烧热是指在25℃、101kPa下，1mol纯净物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量，表示燃烧热的热化学方程式中可燃物的物质的量必须为1mol，产物必须为稳定氧化物，根据盖斯定律来计算NH₃（g）的标准燃烧热△H；NO_x的转化率随温度升高而降低，可能为催化剂活性降低；催化剂可以加快反应速率；根据纵坐标判断，相同温度下，脱除率越高的效果越好，脱氮反应是氨气和二氧化氮、一氧化氮发生氧化还原反应生成氮气和水；当反应在400～450℃，NOx的转化率随温度升高而降低，图2上画450℃的变化趋势曲线，注意450℃氮气的体积分数小于400℃；
（3）NO₂可电解制备绿色硝化试剂N₂O₅．N元素化合价升高，NO₂被氧化，为电解池阳极反应；
（4）常温下，向0.1mol/L氨水中加入少许N₂O₅，五氧化二氮和水反应生成硝酸，硝酸和氨水反应，溶液中c（NH₃•H₂O）：c（NH₄⁺）=5：9，溶液中溶质为硝酸铵和一水合氨，根据NH₃•H₂O的电离平衡常数计算．

解答 解：（1）化合物甲（由氮和另一种常见的主族元素组成），溶于足量的氢氧化钠溶液，产生的气体可作制冷剂为氨气，产生标准状况下为4.48L的气体，n（NH₃）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，反应后的溶滚中逐滴加入稀盐酸，先沉淀后沉淀为溶解，为铝的化合物的特征，产生白色沉淀质量最大为15.6g，为氢氧化铝，n[Al（OH）₃]=$\frac{15.6g}{78g/mol}$=0.2mol，则m（N）+m（Al）=0.2mol×14g/mol+0.2mol×27g/mol=8.2g，则8.2g甲为AlN，甲溶于氢氧化钠的化学方程式为AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑，
故答案为：AlN+NaOH+H₂O=NaAlO₂+NH₃↑；
（2）氨气燃烧生成氮气和水，①4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H₁②H₂O（l）=H₂O（g）△H₂ ③4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃根据盖斯定律，将已知热化学方程式$\frac{1}{20}$（③×3+①×2-②×30）得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=$\frac{3△{H}_{3}+2△{H}_{1}-30△{H}_{2}}{20}$；当反应在400～450℃，NOx的转化率随温度升高而降低．当体系温度升至500℃以上时，催化剂硫酸亚铁受热分解，催化剂活性降低，所以450℃的变化趋势曲线图为：，
故答案为：$\frac{3△{H}_{3}+2△{H}_{1}-30△{H}_{2}}{20}$；催化剂活性降低（FeSO4受热分解）；；
（3）NO₂可电解制备绿色硝化试剂N₂O₅．N元素化合价升高，NO₂被氧化，电极方程式为N₂O₄-2e^-+2HNO₃=2N₂O₅+2H⁺，
故答案为：N₂O₄-2e^-+2HNO₃=2N₂O₅+2H⁺；
（4）常温下，向0.1mol/L氨水中加入少许N₂O₅，五氧化二氮和水反应生成硝酸，硝酸和氨水反应，溶液中c（NH₃•H₂O）：c（NH₄⁺）=5：9，溶液中溶质为硝酸铵和一水合氨，NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，25℃时．NH₃•H₂O的电离平衡常数K_b=1.8×10^-5=$\frac{C（O{H}^{-}）×\frac{9}{14}×0.1}{\frac{5}{14}×0.1}$，c（OH^-）=10^-5mol/L，c（H⁺）=10^-9mol/L，PH=9，
故答案为：9．

点评 本题综合考查含氮化合物知识，为高频考点，侧重考查学生的分析、计算能力，题目涉及化学方程式书写以及电解知识、弱电解质的电离，注意把握盖斯定律以及电解原理的应用，题目难度中等．