Question

7．氨是生產(chǎn)氮肥、尿素等物質(zhì)的重要原料．
（1）合成氨反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行的原因是△H＜0．電化學(xué)法是合成氨的一種新方法，其原理如圖1所示，陰極的電極反應(yīng)式是N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．

（2）氨碳比[n（NH₃）/n（CO₂）]對(duì)合成尿素[2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）]有影響，恒溫恒容時(shí)，將總物質(zhì)的量3mol的NH₃和CO₂以不同的氨碳比進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果如圖2所示．a(chǎn)、b線分別表示CO₂或NH₃的轉(zhuǎn)化率變化，c線表示平衡體系中尿素的體積分?jǐn)?shù)變化．[n（NH₃）/n（CO₂）]=2時(shí)，尿素產(chǎn)量最大；經(jīng)計(jì)算，圖中y=0.36（精確到0.01）．
（3）廢水中含氮化合物的處理方法有多種．
①NaClO溶液可將廢水中的NH${\;}_{4}^{+}$轉(zhuǎn)化為N₂．若處理過(guò)程中產(chǎn)生N₂ 0.672L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則需要消耗0.3mol•L^-1的NaClO溶液0.3L．
②在微生物的作用下，NH${\;}_{4}^{+}$經(jīng)過(guò)兩步反應(yīng)會(huì)轉(zhuǎn)化為NO${\;}_{3}^{-}$，兩步反應(yīng)的能量變化如圖3所示．則1mol NH${\;}_{4}^{+}$（aq）全部被氧化成NO${\;}_{3}^{-}$（aq）時(shí)放出的熱量是346kJ．
③用H₂催化還原法可降低水中NO${\;}_{3}^{-}$的濃度，得到的產(chǎn)物能參與大氣循環(huán)，則反應(yīng)后溶液的pH升高（填“升高”、“降低”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）的△S＜0，自發(fā)進(jìn)行可知△H-T△S＜0；合成氨的陰極上氮?dú)獾玫诫娮由�成氨氣�?br />（2）由圖可知，橫坐標(biāo)為n（NH₃）/n（CO₂）=2時(shí)，尿素的體積分?jǐn)?shù)最大，且y點(diǎn)氨氣的轉(zhuǎn)化率為80%，以此計(jì)算氨氣的體積分?jǐn)?shù)；
（3）①N失去電子，Cl得到電子，遵循電子守恒；
②由圖可知，第一步熱化學(xué)反應(yīng)為NH₄⁺ （aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273 kJ•mol^-1，第二步熱化學(xué)反應(yīng)為NO₂^- （aq）+0.5O₂（g）=NO₃^- （aq））△H=-73kJ•mol^-1，利用蓋斯定律可計(jì)算1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的熱化學(xué)方程式；
③H₂催化還原飲用水中NO₃^-，反應(yīng)中的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物均可參與大氣循環(huán)，則產(chǎn)物為水和氮?dú)�，該反�?yīng)為5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-．

解答 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）的△S＜0，自發(fā)進(jìn)行可知△H-T△S＜0，則△H＜0，合成氨的陰極反應(yīng)為N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案為：△H＜0；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（2）由圖可知，橫坐標(biāo)為n（NH₃）/n（CO₂）=2時(shí)，尿素的體積分?jǐn)?shù)最大，且y點(diǎn)氨氣的轉(zhuǎn)化率為80%，
                    2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol．L^-1 ）   2        1         0           0
變化濃度（ol．L^-1  ）  1.6       0.8        0.8         0.8
平衡濃度（mol．L^-1 ）   0.4       0.2       0.8         0.8  
平衡CO（NH₂）₂的體積分?jǐn)?shù)y=$\frac{0.8}{0.4+0.2+0.8+0.8}$=0.36，
故答案為：2；0.36；              
（3）①N失去電子，Cl得到電子，設(shè)消耗0.3mol•L^-1的NaClO溶液為xL，由電子守恒可知，0.3mol×xL×2=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$×2×3，解得x=0.3，
故答案為：0.3；      
②由圖可知，第一步熱化學(xué)反應(yīng)為NH₄⁺ （aq）+1.5O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273 kJ•mol^-1①，
第二步熱化學(xué)反應(yīng)為NO₂^- （aq）+0.5O₂（g）=NO₃^- （aq））△H=-73kJ•mol^-1②，
由蓋斯定律可知①+②得1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的熱化學(xué)方程式為NH₄⁺ （aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^- （aq）+H₂O（l）△H=-346 kJ•mol^-1，即放出346kJ的熱量，
故答案為：346；           
③H₂催化還原飲用水中NO₃^-，反應(yīng)中的還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物均可參與大氣循環(huán)，則產(chǎn)物為水和氮?dú)猓�該反�?yīng)為5H₂+2NO₃^-$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4H₂O+2OH^-，氫氧根離子濃度增大，則pH升高，故答案為：升高．

點(diǎn)評(píng) 本題以信息的形式考查氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)及熱化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)平衡計(jì)算，注重對(duì)化學(xué)用語(yǔ)的考查，注意知識(shí)與題目信息的結(jié)合來(lái)解答，對(duì)學(xué)生能力要求較高，題目難度中等．