Question

碳和氮的許多化合物在工農業(yè)生產和生活中有重要的作用．
（1）工業(yè)上生產硝酸所需要的一氧化氮常用氨氣來制備，該反應的化學方程式為

 

（2）以CO₂與NH₃為原料可合成化肥尿素[化學式為CO（NH₂）₂]．已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂ NH₄（s）△H=-l59.5kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ?mol^-1
③H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
寫出CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學反應方程式

 

（3）以氨氣代替氫氣研發(fā)氨燃料電池是當前科研的一個熱點，已知氨燃料電池使用的電解質溶液是2mol?L^-1的KOH溶液，電池反應為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．該電池負極的電極反應式為

 

；每消耗3.4g NH₃轉移的電子數為

 

 （阿伏加德羅常數的值用N_A表示）．
（4）用活性炭還原法可以處理氮氧化物．某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應C（s）+2NO（g）=N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ?mol^-1．
在T₁℃時，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如表：

濃度（molL-1） 時間（Min）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①T₁℃時，該反應的平衡常數K=

 

；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據上表中的數據判斷改變的條件可能是

 

（填字母編號）．
a．加入一定量的活性炭    
b．通人一定量的NO
c．適當縮小容器的體積    
d．加入合適的催化劑
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則Q

 

 0（填“＞”或“＜”）．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡常數的含義,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）工業(yè)制備硝酸的第一步是氨氣的催化氧化生成一氧化氮的放熱反應；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算所需熱化學方程式；
（3）依據化學方程式分析鹽酸化合價變化，判斷發(fā)生氧化反應的物質是氨氣，原電池中在負極失電子，正極上氧氣得到電子生成氫氧根離子；結合化學方程式和電子轉移總數計算每消耗3.4g NH₃轉移的電子數；
（4）①分析圖表數據結合反應特征，利用平衡濃度計算得到平衡常數；
②依據圖表數據分析，結合平衡濃度計算平衡常數和濃度變化分析判斷；
③平衡改變條件分數移動，依據平衡移動原理分析判斷；

解答： 解：（1）工業(yè)制備硝酸的第一步是氨氣的催化氧化生成一氧化氮的放熱反應，反應的化學方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O；
故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O；
（2）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂ NH₄（s）△H=-l59.5kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ?mol^-1
③H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
依據蓋斯定律計算①+②-③得到：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（3）電池反應為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．該電池負極是氨氣失電子生成氮氣，反應的電極反應式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，反應中2mol氨氣反應電子轉移6mol電子，每消耗3.4g NH₃物質的量=

3.4g

17g/mol

=0.2mol，轉移的電子數為0.6N_A；
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，0.6N_A；
（4）①依據圖表數據分析得到平衡狀態(tài)各物質的平衡濃度，結合平衡常數概念計算，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），平衡濃度c（N₂）=0.36mol/L；c（CO₂）=0.36mol/L；c（NO）=0.48mol/L；反應的平衡常數K=

c(N2)c(CO2)

c2(NO)

=

0.36×0.36

0.482

=

9

16

=0.56；
故答案為：0.56；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依據圖表數據分析，平衡狀態(tài)物質濃度增大，平衡常數隨溫度變化，平衡常數不變說明改變的條件一定不是溫度；依據數據分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；
a．加入一定量的活性炭，碳是固體對平衡無影響，平衡不動，故a錯誤；
b．通入一定量的NO，新平衡狀態(tài)下物質平衡濃度增大，故b正確；
c．適當縮小容器的體積，反應前后體積不變，平衡狀態(tài)物質濃度增大，故c正確；
d．加入合適的催化劑，催化劑只改變化學反應速率，不改變化學平衡，故d錯誤；
故答案為：bc；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比從為5：3：3，氮氣和二氧化碳難度之比始終為1：1，所以5：3＞4：3，說明平衡向逆反應方向移動，說明逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，故選＜；
故答案為：＜；

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡的影響因素分析化學平衡移動原理的應用，平衡常數計算判斷，題目難度中等．