Question

6．I．碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关．
（1）有机物加氢反应中镍是常用的催化剂．但H₂中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒，
在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，为搞清该方法对催化剂的影响，查阅资料并绘制图象如图1：


则：①不用通入O₂氧化的方法除去CO的原因是避免O₂与Ni反应再使其失去催化作用．
②SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）；△H=-270kJ/mol．
（2）汽车尾气中含大量CO和氮氧化物（NO_x）等有毒气体．
①活性炭处理NO的反应：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）；△H=-a kJ•mol^-1（a＞0）若使NO更加有效的转化为无毒尾气排放，以下措施理论上可行的是b．
a．增加排气管长度                b．增大尾气排放口
c．添加合适的催化剂              d．升高排气管温度
②在排气管上添加三元催化转化装置如图3，CO能与氮氧化物（NO_x）反应生成无毒尾气，其化学方程式是2xCO+2NO_x$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2xCO₂+N₂．
Ⅱ．氮元素和碳元素一样也存在一系列氢化物并有广泛应用．例如：NH₃、N₂H₄、N₃H₅、N₄H₆…．
（1）写出该系列氢化物的通式NnHn+2（n≥2）．
（2）已知NH₃为一元碱，N₂H₄为二元碱，N₂H₄在水溶液中的一级电离方程式可表示为N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，试写出N₂H₄的二级电离方程式N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-．
（3）已知用氨气制取尿素[CO（NH₂）₂]的反应为：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）；△H＜0
某温度下，向容积为100L的密闭容器中通入4molNH₃和2molCO₂，该反应进行到40s时达到平衡，此时CO₂的转化率为50%．该温度下此反应平衡常数K的值为2500．图2中的曲线表示该反应在前25s内的反应进程中的NH₃浓度变化．若反应延续至70s，保持其它条件不变情况下，请在图中用实线画出使用催化剂时该反应的进程曲线．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①Ni能与氧气反应也会导致其中毒，据此解答即可；
②利用盖斯定律进行计算即可；
（2）①依据此反应特点判断即可；
②根据反应物、生成物和反应条件及质量守恒定律的两个原则，写出正确的化学方程式；
Ⅱ．（1）根据氮原子和氢原子个数之间的关系确定氢化物的通式；
（2）N₂H₄是二元弱碱，可分别发生N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-、N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-两步电离；
（3）依据化学方程式和平衡常数概念写出表达式，注意尿素是固体；根据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，计算平衡常数；依据催化剂的作用画出图象．

解答 解：Ⅰ．（1）①Ni能与氧气反应也会导致其中毒，故答案为：避免O₂与Ni反应再使其失去催化作用；
②由图I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由图II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
（i）-（ii）得：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-563-（-298）=-270kJ•mol^-1，故答案为：-270kJ/mol；
（2）①C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1，此反应为放热反应，且为气体体积不变的反应，a．增加排气管长度，不能改变NO的转化率，故a错误；
b．增大尾气排放口，相当于移出部分氮气和二氧化碳气体，利于平衡右移，故b正确；
c．添加合适的催化剂，只改变化学反应速率，不会增加NO的转化率，故c错误；
d．升高排气管温度，温度升高，平衡左移，不利于NO转化，故d错误；故选b；
②反应物是一氧化碳和NO_x，生成物无毒，故生成物之一是氮气和二氧化碳，根据反应前后元素种类不变，化学方程式为：2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2xCO₂+N₂，
故答案为：2xCO+2NO_x$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2xCO₂+N₂；
Ⅱ．（1）根据氮原子和氢原子个数之间的关系：氢原子个数比氮原子个数多2，所以通式表示为：NnHn+2（n≥2），故答案为：NnHn+2（n≥2）；
（2）N₂H₄是二元弱碱，可分别发生N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-、N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-，故答案为：N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-；
（3）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）．依据化学方程式和平衡常数概念写出平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，向容积为100L的密闭容器中通入4mol NH₃和2molCO₂，该反应进行到40s时达到平衡，反应达到平衡时CO₂的转化率为50%，消耗二氧化碳浓度0.02mol/L×50%=0.01mol/mol；
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 0.04 0.02 0 0
变化量（mol/L） 0.02 0.01 0 0.01
平衡量（mol/L） 0.02 0.01 0 0.01
K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{0.01}{0.02{\\;}^{2}×0.01}$=2500L²•mol^-2
如图2中的曲线表示该反应在前25s内的反应进程中的NH₃浓度变化．若反应延续至70s，保持其它条件不变情况下，在图中用实线画出使用催化剂时，改变反应速率，不改变化学平衡，该反应的进程曲线为，曲线的转折点在横坐标40之前，纵坐标必需在20的线上，如图为，
故答案为：2500；．

点评 本题考查了热化学方程式书写方法，化学平衡影响因素分析，弱电解质的电离等综合知识的考查，掌握基础是关键，题目难度中等．