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7.氨是生产氮肥、尿素等物质的重要原料.
(1)合成氨反应N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)在一定条件下能自发进行的原因是△H<0.电化学法是合成氨的一种新方法,其原理如图1所示,阴极的电极反应式是N2+6H++6e-=2NH3

(2)氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]对合成尿素[2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH22(g)+H2O(g)]有影响,恒温恒容时,将总物质的量3mol的NH3和CO2以不同的氨碳比进行反应,结果如图2所示.a、b线分别表示CO2或NH3的转化率变化,c线表示平衡体系中尿素的体积分数变化.[n(NH3)/n(CO2)]=2时,尿素产量最大;经计算,图中y=0.36(精确到0.01).
(3)废水中含氮化合物的处理方法有多种.
①NaClO溶液可将废水中的NH${\;}_{4}^{+}$转化为N2.若处理过程中产生N2 0.672L(标准状况),则需要消耗0.3mol•L-1的NaClO溶液0.3L.
②在微生物的作用下,NH${\;}_{4}^{+}$经过两步反应会转化为NO${\;}_{3}^{-}$,两步反应的能量变化如图3所示.则1mol NH${\;}_{4}^{+}$(aq)全部被氧化成NO${\;}_{3}^{-}$(aq)时放出的热量是346kJ.
③用H2催化还原法可降低水中NO${\;}_{3}^{-}$的浓度,得到的产物能参与大气循环,则反应后溶液的pH升高(填“升高”、“降低”或“不变”).

分析 (1)N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)的△S<0,自发进行可知△H-T△S<0;合成氨的阴极上氮气得到电子生成氨气;
(2)由图可知,横坐标为n(NH3)/n(CO2)=2时,尿素的体积分数最大,且y点氨气的转化率为80%,以此计算氨气的体积分数;
(3)①N失去电子,Cl得到电子,遵循电子守恒;
②由图可知,第一步热化学反应为NH4+ (aq)+1.5O2(g)=2H+(aq)+NO2- (aq)+H2O(l)△H=-273 kJ•mol-1,第二步热化学反应为NO2- (aq)+0.5O2(g)=NO3- (aq))△H=-73kJ•mol-1,利用盖斯定律可计算1mol NH4+(aq)全部氧化成NO3- (aq)的热化学方程式;
③H2催化还原饮用水中NO3-,反应中的还原产物和氧化产物均可参与大气循环,则产物为水和氮气,该反应为5H2+2NO3-$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N2+4H2O+2OH-

解答 解:(1)N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)的△S<0,自发进行可知△H-T△S<0,则△H<0,合成氨的阴极反应为N2+6H++6e-=2NH3
故答案为:△H<0;N2+6H++6e-=2NH3
(2)由图可知,横坐标为n(NH3)/n(CO2)=2时,尿素的体积分数最大,且y点氨气的转化率为80%,
                    2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH22(g)+H2O(g)
起始浓度(mol.L-1 )   2        1         0           0
变化浓度(ol.L-1  )  1.6       0.8        0.8         0.8
平衡浓度(mol.L-1 )   0.4       0.2       0.8         0.8  
平衡CO(NH22的体积分数y=$\frac{0.8}{0.4+0.2+0.8+0.8}$=0.36,
故答案为:2;0.36;              
(3)①N失去电子,Cl得到电子,设消耗0.3mol•L-1的NaClO溶液为xL,由电子守恒可知,0.3mol×xL×2=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$×2×3,解得x=0.3,
故答案为:0.3;      
②由图可知,第一步热化学反应为NH4+ (aq)+1.5O2(g)=2H+(aq)+NO2- (aq)+H2O(l)△H=-273 kJ•mol-1①,
第二步热化学反应为NO2- (aq)+0.5O2(g)=NO3- (aq))△H=-73kJ•mol-1②,
由盖斯定律可知①+②得1mol NH4+(aq)全部氧化成NO3- (aq)的热化学方程式为NH4+ (aq)+2O2(g)=2H+(aq)+NO3- (aq)+H2O(l)△H=-346 kJ•mol-1,即放出346kJ的热量,
故答案为:346;           
③H2催化还原饮用水中NO3-,反应中的还原产物和氧化产物均可参与大气循环,则产物为水和氮气,该反应为5H2+2NO3-$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N2+4H2O+2OH-,氢氧根离子浓度增大,则pH升高,故答案为:升高.

点评 本题以信息的形式考查氧化还原反应、离子反应及热化学反应、化学平衡计算,注重对化学用语的考查,注意知识与题目信息的结合来解答,对学生能力要求较高,题目难度中等.

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