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氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。
(1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:
①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s);ΔH=-159.47 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4(s)=CO (NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=a kJ·mol-1
③2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH=-86.98 kJ·mol-1
则a为               
(2)反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)在合成塔中进行。下图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比 [n(NH3)/n(CO2)]和水碳比[n(H2O)/n(CO2)]投料时二氧化碳转化率的情况。

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值分别为:
A. 0.6~0.7       B. 1~1.1        C. 1.5~1.61
生产中应选用水碳比的数值为     (选填序号)。
②生产中氨碳比宜控制在4.0左右,而不是4.5的原因可能是   
(3)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺,其反应原理为:
NO+NO2+H2O=2HNO2      2HNO2+CO(NH2)2=2N2↑+CO2↑+3H2O。
①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中V(NO)∶V(NO2)=5∶1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V(空气)∶V(NO)=      (空气中氧气的体积含量大约为20%)。
②下图是尿素含量对脱氮效率的影响,从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为           %。

(4)下图表示使用新型电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量,同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式             。生产中可分离出的物质A的化学式为       

20.(14分)
(1)+72.49(2分)
(2)①A (2分)
②氨碳比在4.5时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本(2分)
(3)①1∶1(2分)   ②5(±0.2)% (2分)
(4)N2+6e+8H+=2NH4+(2分)    NH4Cl(2分)

解析试题分析:
(1)根据盖斯定律,方程式③=②+①,反应热也进行相应运算,求得a为72.49;
(2)①水碳比的数值在 0.6~0.7 范围进转化率提升更快,所以选A;
②由图像分析可以看出,氨碳比在4.5时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本,不符合经济效益。
(3)①烟气中V(NO)∶V(NO2)=5∶1,假设NO为5mol,那么NO2为1 mo,根据NO+NO2+H2O=2HNO2 这个反应,只有两者物质的量相同时才能完全被吸收,这时需要O2,根据2NO+ O2=2NO2,可知应该有2molNO参加反应生成2mol NO2,这个过程需要O21 mol,而空气中氧气的体积含量大约为20%,要提供O21 mol需要空气物质的量为5mol,所以V(NO)∶V(空气)=1∶1
②由图像可以看出当尿素浓度在5左右时转化率已经比较高了,如果浓度再增大时转化率提高不明显,所以答案填5(±0.2)%都算正确。
(4)根据氧化还原反应原理,由于N2、H2为电极反应物,正极反应元素化合价应该降低,得到电子,首先确定N2参与正极反应,再根据电解质溶液情况产物应该为NH4+,从电子守恒和电荷守恒及原子个数守恒三个角度可以确定其电极反应式为N2+6e+8H+=2NH4+, 由于电池工作中有NH4Cl生成,所以生产中可分离出的物质为NH4Cl。
考点:本题综合考查盖斯定律,化学计算和电化学方程式书写等内容

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:填空题

化学反应中一定伴随着能量的变化,化学能在实际生产生活中的应用将越来越广泛。
(1)利用氢气可以制取工业原料乙酸。已知:
①CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)  △H1 = -870.3kJ/mo1
②C(s)+O2(g)=CO2(g) △H 2= -393.5kJ/mo1
③H2(g) + 1/2O2(g)=H2O(l)  △H 3= -285.8kJ/mo1
试利用上述信息计算下述反应的反应热:
2C(s)+2H2(g)+O2(g)=CH3COOH(l)   △H=             
(2)科学家可用焓变和熵变来判断化学反应进行的方向,下列都是能自发进行的化学反应,其中是吸热反应且反应后熵增的为         (填字母)。

A.2Na+2H2O=2NaOH+H2B.3Fe+2O2=Fe3O4
C.(NH4)2CO3=NH4HCO3+NH3D.NaOH+HCl=NaCl+H2O
(3)实验室可以利用下图装置进行中和热测定。回答下列问题:

①请指出该装置还缺少的仪器是                     
②两烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是                 
③若向三份等体积、等物质的量浓度的NaOH溶液中分别加入稀醋酸、浓硫酸、稀硝酸至恰好完全反应,并将上述过程中放出的热量分别记为Ql、Q2、Q3。则三者的大小关系是                 (由大到小)。

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

(1)臭氧可用于净化空气、饮用水消毒、处理工业废物和作为漂白剂。
①臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如:
6Ag(s)+O3(g)=3Ag2O(s);△H=-235.8 kJ/mol。
己知:2 Ag2O(s)=4Ag(s)+O2(g);△H=+62.2kJ/mol,则O3转化为O2的热化学方程式为          ;②科学家P.Tatapudi等人首先使用在酸性条件下电解水的方法制得臭氧。臭氧在阳极周围的水中产生,阴极附近的氧气则生成过氧化氢,阴极电极反应式为                                         

时间/min浓度(mol/L)
NO
N2
CO2
0
1.00
0
0
10
0.58
0.21
0.21
20
0.40
0·30
0.30
30
0.40
0.30
0.30
40
0.32
0.34
0.17
50
0.32
0.34
0.l7
 
(2)用活性炭还原法处理氮氧化物,有关反应为: C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。某研究小组向某密闭的真空容器(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)中加入NO和足量的活性炭,恒温(T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
①10 min~20 min以内v(CO2)表示的反应速率为                      
②根据表中数据,计算T1℃时该反应的平衡常数K=        (保留两位小数);
③下列各项能作为判断该反应达到平衡状态的是   (填序号字母);
A.容器内压强保持不变
B.2v(NO)=v(N2)
C.容器内CO2的体积分数不变
D.混合气体的密度保持不变
④30 min时改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是    
⑤一定温度下,随着NO的起始浓度增大,则NO的平衡转化率   (填“增大”、“不变”或“减小”)。

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

已知体积为2L的恒容密闭容器中发生反应:,请根据化学反应的有关原理同答下列问题
(1)一定条件下,充入2 mol SO2(g)和2 mol O2(g),20 s后,测得SO2的体积百分含量为12.5%,则用SO2表示该反应在这20s内的反应速率为____,此时,该密闭容器内混合气体的压强是反应前的____倍。
(2)下面的叙述可作为判断(1)中可逆反应达到平衡状态依据的是(填序号)____。

②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变
④各气体的浓度都不再发生变化
(3)下图表示该反应的速率(v)随时间(t)的变化的关系。则下列不同时间段中,SO3的百分含量最高的是( )
 
 
据图分析:你认为t3时改变的外界条件可能是    ; 
t6时保持体积不变向体系中充人少量SO3,再次平衡后
SO2的体积百分含量比t6    (填“大”\“小”或“等于”)。   
(4)下图中P是可自由平行滑动的活塞。在相同温度时,向A容器中充入4 mol SO3(g),关闭K,向B容器中充入2 mol SO3(g),两容器分别发生反应。

已知起始时容器A和B的体积均为aL。试回答:
①反应达到平衡时容器B的体积为1.2a L,容器B中SO3
化率为____
②若打开K,一段时间后重新达到平衡,容器B的体积为   __L(连通管中气体体积忽略不计,且不考虑温度的影响)。
(5)已知单质硫的燃烧热为△H=-296kJ/mol,经测定由S(s)生成120gSO3(g)可放热592.5kJ,请写出SO2(g)氧化生成SO3(g)的热化学方程式____。

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

图a是1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,图b是反应中的CO和NO的浓度随时间变化的示意图。根据图意回答下列问题:
    
a                                            b
(1)写出NO2和CO反应的热化学方程式   
(2)从反应开始到平衡,用NO2浓度变化表示平均反应速率v(NO2)=   
(3)此温度下该反应的平衡常数K=   ;温度降低,K   (填“变大”、“变小”或“不变”)
(4)若在温度和容积相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:

容 器



反应物投入量
1 mol NO2
1 mol CO
2 mol NO
2 mol CO2
1 mol NO2、1 mol CO
1 mol NO、1 mol CO2
平衡时c(NO) /mol·L-1
1.5
3
m
能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
放出c kJ
CO或NO的转化率
α1
α2
α3
 
则:α12=   , a+b/2=    ,m=   

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

电离平衡常数(用Ka表示)的大小可以判断电解质的相对强弱。25℃时,有关物质的电离平衡常数如下表所示:

化学式
HF
H2CO3
HClO
电离平衡常数
(Ka)
7.2×10-4
K1=4.4×10-7
K2=4.7×10-11
3.0×10-8
 
(1)已知25℃时,①HF(aq)+OH(aq)=F(aq)+H2O(l)  ΔH=-67.7kJ/mol,
②H+(aq)+OH(aq)=H2O(l)        ΔH=-57.3kJ/mol
氢氟酸的电离方程式及热效应可表示为________________________。
(2)将浓度为0.1 mol/LHF溶液加水稀释一倍(假设温度不变),下列各量增大的是____。
A.c(H+)       B.c(H+)·c(OH)     C.   D.
(3)25℃时,在20mL0.1mol/L氢氟酸中加入VmL0.1mol/LNaOH溶液,测得混合溶液的pH变化曲线如图所示,下列说法正确的是_____。

A.pH=3的HF溶液和pH=11的NaF溶液中, 由水电离出的c(H+)相等
B.①点时pH=6,此时溶液中,c(F)-c(Na+)=9.9×10-7mol/L
C.②点时,溶液中的c(F)=c(Na+)
D.③点时V=20mL,此时溶液中c(F)< c(Na+)=0.1mol/L
(4)物质的量浓度均为0.1mol/L的下列四种溶液: ① Na2CO3溶液 ② NaHCO3溶液③ NaF溶液 ④NaClO溶液。依据数据判断pH由大到小的顺序是______________。
(5)Na2CO3溶液显碱性是因为CO32—水解的缘故,请设计简单的实验事实证明之
___________________________________________________________。
(6)长期以来,一直认为氟的含氧酸不存在。1971年美国科学家用氟气通过细冰末时获得HFO,其结构式为H—O—F。HFO与水反应得到HF和化合物A,每生成1molHF转移     mol电子。

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

重晶石(BaSO4)是重要的化工原料,制备氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]的流程如下:

(1)写出煅烧时发生反应的热化学方程式:____________________________。
(2)写出氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合反应的化学方程式:_____________________。
(3)为检测煅烧时产生的CO,可将煅烧产生的气体通入PbCl2溶液中,出现黑色沉淀和产生一种无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体,试写出该反应的化学方程式:_____。
(4)向BaSO4沉淀中加入饱和Na2CO3溶液,充分搅拌,弃去上层清液,如此处理多次,可使BaSO4全部转化为BaCO3。发生的反应可表示为:
BaSO4(s)+CO32(aq)BaCO3(s)+SO42(aq)
现有0.20 mol BaSO4,加入1.0L 2.0mol?L-1饱和Na2CO3溶液处理,假设c(SO42)起始≈0
平衡时,K=4.0x10-2,求反应达到平衡时发生转化的BaSO4的物质的量。(写出计算过程结果保留2位有效数字)
(5)试从平衡的角度解释BaSO4可转化为BaCO3的原因:________________________。

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

已知:H+(aq)+OH-(aq)= H2O(l)  ΔH="-57.3" kJ/ mol,计算下列中和反应中放出的热量:
(1)用20 g NaOH配成的稀溶液跟足量的稀盐酸反应,能放出          kJ的热量。
(2)用0.1 mol Ba(OH)2配成的稀溶液跟足量的稀硝酸反应,能放出     kJ的热量。
(3)用1 mol醋酸稀溶液和足量NaOH稀溶液反应,放出的热量       (填“大于”、“小于”或“等于”)57.3 kJ,理由是                                
(4)1 L 0.1 mol/L NaOH溶液分别与①醋酸溶液、②浓硫酸、③稀硝酸恰好反应时,放出的热量分别为Q1、Q2、Q3(单位:kJ)。则它们由大至小的顺序为                             

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科目:高中化学 来源: 题型:计算题

I.工业上可用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

(1)“图1”表示反应中能量的变化,曲线   (填“a或b”)表示使用了催化剂;该反应的热化学方程式为              
(2)若容器容积不变,下列措施可增大CO平衡转化率的是_____。

A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大
D.再充入1 mol CO和2 mol H2
(3)其他条件不变,请在“图2”中画出温度为T2(且T2<T1)时,CO的平衡转化率与H2和CO的起始组成比[n(H2)/n(CO)]的关系曲线。

II.向BaSO4沉淀中加入饱和碳酸钠溶液,充分搅拌,弃去上层清液,如此处理多次,可使BaSO4全部转化为BaCO3,发生的反应可表示为:BaSO4(s)+CO32(aq)BaCO3(s)+SO42(aq)。
(4)现有0.20 mol BaSO4,加入1.0L 2.0mol/L的饱和Na2CO3溶液处理,假设起始的c(SO42)≈0,平衡时,K=4.0×10-2,求达到平衡时发生转化的BaSO4的物质的量。(写出计算过程,计算结果保留2位有效数字)

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