Question

【题目】据公安部2019年12月统计，2019年全国机动车保有量已达3.5亿。汽车尾气排放的碳氢化合物、氮氧化物及一氧化碳是许多城市大气污染的主要污染物。氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。

I: (1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下：

①2NH3(g)＋CO2(g)＝NH2CO2NH4(s)；ΔH1＝－159.47 kJ·mol1

②NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH2＝a kJ·mol1

③2NH3(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH3＝－86.98 kJ·mol1

则a为______。

(2)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺，其反应原理为：NO＋NO2＋H2O＝2HNO2；2HNO2＋CO(NH2)2＝2N2↑＋CO2↑＋3H2O。

①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中V(NO)∶V(NO2)＝5∶1时，可通入一定量的空气，同温同压下，V(空气)∶V(NO)＝______(空气中氧气的体积含量大约为20%)。

②如图1表示尿素含量对脱氮效率的影响，从经济因素上考虑，一般选择尿素浓度约为______%。

(3)图2表示使用新型电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量，同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式______，生产中可分离出的物质A的化学式为______。

II: 向容积为2L的密闭容器中加入活性炭足量和NO，发生反应: △H＜0，NO和的物质的量变化如下表所示。

物质的量					T2/0C
	0
NO
	0

(1)T1℃温度下，反应进行了，用二氧化碳表示该反应的平均反应速率______。已知：气体分压气体总压体积分数。时用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数______。

第后，温度调整到，数据变化如上表所示，则______填“”“”或“”。

(3)若30min时，保持不变，向该容器中再加入该四种反应混合物各，则此时反应______移动填“正向”“逆向”或“不”。

Answer 1

【答案】+72.49 1:1 5(±0.5) N2+6e-+8H+=2NH4+ NH4Cl ＞ 正向

【解析】

I:(1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下：

①2NH3(g)＋CO2(g)＝NH2CO2NH4(s)；ΔH1＝－159.47 kJ·mol1

②NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH2＝a kJ·mol1

③2NH3(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH3＝－86.98 kJ·mol1

依据热化学方程式和盖斯定律①+②=③，得到-159.47+a=-86.98，a=+72.49；

（2）①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳，即1：1，若烟气中V（NO）：V（NO2）=5：1时，设通入空气中氧气体积为x，根据2NO+O2＝2NO2可知（5-2x）：（1+2x）=1：1，计算得x=1，因此空气体积为5，则V（空气）：V（NO）=5：5=1：1；

②图象分析可知，当尿素浓度为5mol·L－1左右时，脱氮效率基本不变，所以从经济因素上考虑，一般选择尿素浓度约为5%左右时达到较大的脱氮效率；

（3）以N2、H2为原料，以HCl-NH4Cl为电解质溶液构成新型燃料电池，正极发生还原反应，即氮气被还原生成NH4＋，电极反应式为N2+6e－+8H＋=2NH4＋；负极是氢气失电子生成氢离子，正极生成铵根离子在电解质溶液中可以分离出氯化铵；

Ⅱ.由表中数据可知，T1时10min达到平衡

①0～5min内，以CO2表示的该反应速率v（CO2）= =0.042mol·L-1·min-1，KP为=；

②第15min后，温度调整到T2，平衡正向移动，由于该反应为放热反应，则T1＞T2；

③若30min时，保持T2不变，K==4，向该容器中再加入该四种反应混合物各2mol，Qc= =1.36＜K，平衡正向移动。