Question

【题目】工业合成氨以及含氮废水的处理一直是工业研究的热点。回答下列问题：

(1)已知：氢气的燃烧热为-285.8kJ/mol，17g氨气在纯氧中燃烧生成氮气和液态水的过程中放热382.6kJ，则工业合成氨的热化学方程式为_________________。

(2)500℃时，在容积固定的密闭容器中模拟工业合成氢N2+3H22NH3，下表为容器中部分物质浓度随时间的变化情况(其余浓度未给出)。

时间/min	c(N2)/mol/L	c(H2)/mol/L	c(NH3)/mol/L
0	0.18	2.3	0
5	0.08
6	0.08
10	0.06	1.94	0.24

500℃时，该反应的化学平衡常数K=_______L2·mol-2；5min内，反应的平均速率v(H2)_____ mol·L-1·min-1；6min时，某一条件发生了改变，可能是_____(填序号)。

a.使用催化剂 b.降低温度 c.增加H2的浓度 d.分离出NH3

(3)无机含氮废水主要含有铵氮(NH4+)和硝氮(NO3-)。可使用电化学氧化法处理铵氮废水，原理是溶液中的NH4+直接在电极上放电生成无毒物质，该过程阳极上的电极反应式为_______________。为研究电化学氧化法去除铵氮的影响因素，在实验室中以石墨作电极模拟对高浓度铵氮废水进行电化学氧化处理，得到如下3组图像：

通过分析上述图像可知，最适宜选用的条件是___________、以及初始pH为11的碱性溶液。实验中，铵氮去除率总是高于总氮去除率的原因是__________________。

Answer 1

【答案】 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=-92.2kJ/mol 6.25×10-2 0.06 b 2NH4+-6e-=N2↑+8H+ 电流密度为80mA·cm-2，极板间距为30mm 废水中除了铵氮外，可能还含有硝氮，不能通过氧化法去除

【解析】（1）氢气的燃烧热为-285.8kJ/mol，所以有反应①H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(l) △H=-285.8kJ/mol，17g氨气在纯氧中燃烧生成氮气和液态水的过程中放热382.6kJ，所以有反应②NH3(g)+3/4O2(g)＝1/2N2(g) + 3/2H2O(l) △H=-382.6kJ/mol，所以①×3+②×(－2)得到：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=-92.2kJ/mol。

（2）由表中数据得到，5～6分钟氮气的浓度不变，反应达平衡。根据表中数据可以计算出5分钟的时候N2、H2、NH3的浓度分别为：0.08mol/L、2mol/L、0.2mol/L，所以平衡常数K= 。v(N2)=(0.18－0.08)/5=0.02 mol·L-1·min-1，所以v(H2)=3 v(N2)= 0.06 mol·L-1·min-1。10分钟时与6分钟的数据比较，氢气的浓度减小，所以不会是加入氢气，选项c错误；氨气的浓度增大，所以不会是分离出氨气，选项d错误；加入催化平衡应该不移动，选项a错误。降低温度平衡向正反应方向移动，所以氮气和氢气的浓度降低，氨气的浓度增大，选项b正确。

（3）阳极应该发生失电子的氧化反应，铵根离子应该被氧化为氮气，所以阳极的反应为：2NH4+-6e-=N2↑+8H+。从三个图像得到，电流密度为80mA·cm-2，极板间距为30mm时，铵氮的去除率比较高。溶液中的总氮包括铵氮和硝氮，铵氮在这个过程中被氧化而除去，但是硝氮中的N是+5价，不可能氧化除去，所以铵氮去除率总是高于总氮去除率。