Question

2．氮及其化合物在生活和生产中应用广泛．
（1）合成氨用的H₂可以CH₄为原料制得．有关化学反应的能量变化如图1所示．则CH₄（g） 与H₂O（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1kJ．mol^-1．

（2）氨气制取尿素[CO（NH₂）₂]的合成塔中发生反应：2NH₃（g）+C〇₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）． 如图2为合成塔中不同氨碳比a[$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$]和水碳比b[$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$]时二氧化碳转化率（x%）请画出在相同条件下，a=3.5〜4.5范围内，b[$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$]=1.5时的二氧化碳转化率（x）的曲线图．
（3）叠氮酸钠（NaN₃）常用于汽车安全气囊中，工业生产NaN₃主要是在I75℃时把NaNO₃粉末加到熔化的NaNH₂中，此外还生成两种常见的碱性物质，请写出上述过程的化学方程式NaNO₃+3NaNH₂=NaN₃+3NaOH+NH₃．
（4）叠氮酸（HN₃）是一种一元弱酸，在水溶液中存在：HN₃?H⁺+N₃^-常温下将amolNaN₃加入到bLcmol/L的HN₃溶液中，所得溶液呈中性，计算该温度下HN₃的电离平衡常数Ka=$\frac{a×1{0}^{-7}}{bc}$（用含字母的代数式表示，忽略溶液体积变化）．
（5）羟胺NH₂OH可以看作是NH₃分子内的一个氢原子被羟基取代的衍生物．以硝酸、硫酸水溶液作电解质进行电解，在汞电极上NO₃^-可转化为NH₂OH，以铂为另一极，则该电解反应的总化学方程式2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑．

Answer 1

分析 （1）依据图象分析反应过程都是能量降低的过程，说明反应是放热反应；写出对应热化学方程式，依据盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）根据氨碳比a[$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳转化率增大，水碳比b[$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$]越小，二氧化碳转化率增大分析；
（3）据原子守恒分析，把NaNO₃粉末加到熔化的NaNH₂中，生成的两种常见的碱性物质应为NaOH和NH₃；
（4）叠氮酸（HN₃）是一种一元弱酸，HN₃的电离平衡常数Ka=$\frac{[{H}^{+}]•[{{N}_{3}}^{-}]}{[H{N}_{3}]}$，据此分析；
（5）汞电极上NO₃^-可转化为NH₂OH，该电极上得电子发生还原反应，为阴极，则Pt是阳极，水得电子生成氧气和氢离子，在得失电子相同的条件下将两极电极反应式相加即得电池反应式．

解答 解：（1）图象分析反应过程都是能量降低的过程，反应的热化学方程式为：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-282KJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3KJ/mol
由盖斯定律③-②×3-①得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1 kJ．mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1 kJ．mol^-1；
（2）氨碳比a[$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，水碳比b[$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$]越小，二氧化碳转化率增大，所以a=3.5〜4.5范围内，b[$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$]=1.5时的二氧化碳转化率（x）的曲线图为，故答案为：；
（3）把NaNO₃粉末加到熔化的NaNH₂中，除生成叠氮酸钠（NaN₃）外，生成的两种常见的碱性物质应为NaOH和NH₃，故化学方程式为NaNO₃+3NaNH₂=NaN₃+3NaOH+NH₃，故答案为：NaNO₃+3NaNH₂=NaN₃+3NaOH+NH₃；
（4）将amolNaN₃加入到bLcmol/L的HN₃溶液中，所得溶液呈中性，所以c（N₃^-）=$\frac{a}{b}$mol/L，c（HN₃）=cmol/L，c（H⁺）=10^-7mol/L，HN₃的电离平衡常数Ka=$\frac{[{H}^{+}]•[{{N}_{3}}^{-}]}{[H{N}_{3}]}$=$\frac{a×1{0}^{-7}}{bc}$，故答案为：$\frac{a×1{0}^{-7}}{bc}$；
（5）汞电极上NO₃^-可转化为NH₂OH，该电极上得电子发生还原反应，为阴极，则Pt是阳极，水得电子生成氧气和氢离子，负极反应式为NO₃^-+6e^-+7H⁺=NH₂OH+2H₂O、正极反应式为2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，则电池反应式为2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑，
故答案为：2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑．

点评 本题考查了热化学方程式、影响化学平衡的因素、图象分析、化学平衡常数的计算、电解方程式书写，平衡常数概念的分析应用是解题关键，侧重分析与应用能力的综合考查，题目难度中等．