Question

【题目】氨是重要的基础化工原料，可以制备亚硝酸（HNO2）、连二次硝酸（H2N2O2）、尿素[CO（NH2）2]等多种含氮的化工产品。

（1）水能发生自偶电离2H2OH3O++OH－，液氨比水更难电离，试写出液氨的自偶电离方程式_______。

（2）25℃时，亚硝酸和连二次硝酸的电离常数如下表所示：

化学式	HNO2	H2N2O2
电离常数	Ka=5.1×10－4	Ka1=6.17×10－8、Ka2=2.88×10－12

①物质的量浓度相同的NaNO2和NaHN2O2溶液的pH（NaNO2）_____pH（NaHN2O2）（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②25℃时NaHN2O2溶液中存在水解平衡，其水解常数Kh=_______（保留三位有效数字）。

③0.lmol/LNa2N2O2溶液中离子浓度由大到小的顺序为____________。

（3）以NH3与CO2为原料可以合成尿素[CO（NH2）2]，涉及的化学反应如下：

反应I：2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s） △H1=-159.5kJmol-1；

反应II：NH2CO2NH4（s）CO（NH2）2（s）+H2O（g） △H2=+116.5kJmol-1；

反应III：H2O（l）═H2O（g） △H3=+44.0kJmol-1。

则反应Ⅳ：NH3与CO2合成尿素同时生成液态水的热化学方程式为____________。

（4）T1℃时，向容积为2L的恒容密闭容器中充入n（NH3）:n（CO2）=2:l的原料气，使之发生反应Ⅳ，反应结束后得到尿素的质量为30g，容器内的压强p随时间t的变化如图1所示。

①T1℃时，该反应的平衡常数K的值为___________。

②图2中能正确反应平衡常数K随温度变化关系的曲线为__________（填字母标号）。

（5）据文献报道，二氧化碳可以在酸性水溶液中用惰性电极电解制得乙烯，其原理如图3所示。则b电极上的电极反应式为______________。

Answer 1

【答案】2NH3NH4+ + NH2－ ＜ 1.62×10－7 c（Na+）＞c（N2O22－）＞c（OH－）＞c（HN2O2－）＞c（H+） 2NH3（g） + CO2（g）CO（NH2）2（s） + H2O（l） △H =－87.0kJmol－1 128（mol/L）－3 a 2CO2 + 12H+ + 12e－ ===C2H4 + 4H2O

【解析】

由弱酸的相对强弱（电离常数），可推知对应盐水解能力的强弱；据盖斯定律，将热化学方程式加减得新的热化学方程式；由平衡浓度计算平衡常数，据温度对平衡的影响判断平衡常数与温度的关系；依电解原理和离子方程式的要求书写电极反应式。

（1）水自偶电离方程式中，一个水分子电离生成H+和OH－，H+与另一个水分子以配位键结合成H3O+。可模仿写出液氨的自偶电离方程式2NH3NH4+ + NH2－。

（2）电离常数（酸性）：HNO2>H2N2O2>HN2O2－，则水解常数（碱性）：NO2－<HN2O2－<N2O22－。

①物质的量浓度相同的NaNO2和NaHN2O2溶液中，水解程度NO2－<HN2O2－，溶液pH(NaNO2)＜pH(NaHN2O2)。

②25 ℃ 时，NaHN2O2水解常数Kh＝Kw/Ka1＝10－14 /(6.17×10－8)＝1.62×10－7。

③0.lmol/L Na2N2O2溶液中，溶质完全电离Na2N2O2＝2Na+N2O22－，阴离子分步微弱水解N2O22－+H2OHN2O2－+OH－、HN2O2－+H2OH2N2O2+OH－，水极弱电离H2OH++OH－，离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)＞c(N2O22－)＞c(OH－)＞c(HN2O2－)＞c(H+）。

（3）NH3与CO2合成尿素时，由分步反应消去中间产物NH2CO2NH4(s)、H2O(g)，即IV式＝I式+II式－III式，反应IV的热化学方程式为2NH3(g)+ CO2(g)CO(NH2)2(s)+ H2O(l) △H =－87.0kJmol－1。

（4）① T1℃、2L：2NH3(g) + CO2(g) CO(NH22(s) + H2O(l)

设起始/mol： 2x x 0 0

转化/mol： 1.0 0.5 0.5 0.5

平衡/mol： 2x-1.0 x-0.5 (30/60) 0.5

因恒温恒容时气体的压强比等于物质的量之比，得，x＝0.75。

该反应的平衡常数K＝＝＝128(mol/L)－3。

②反应IV正反应放热，升高温度使平衡左移，平衡常数K减小，故选曲线a。

（5）根据碳原子数守恒和碳元素化合价的变化，可得2CO2+12e-→C2H4；酸性溶液中，CO2中－2价氧原子与H+结合成水，C2H4中+1价氢也来自H+，故电解时b电极（阴极）反应式为2CO2 + 12e－ + 12H+＝C2H4 + 4H2O。