Question

【题目】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 。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 。

（2）氨碳比[n（NH3）/n（CO2）]对合成尿素[2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（g）+H2O（g）]有影响，恒温恒容时，将总物质的量3 mol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）]= 时，尿素产量最大；经计算，图中y= （精确到0．01）。

（3）废水中含氮化合物的处理方法有多种。

①用次氯酸钠氧化氨气，可以得到N2H4的稀溶液，该反应的化学方程式是_____________。

②用NaClO溶液也可将废水中的NH4+ 转化为N2。若处理过程中产生N2 0．672 L（标准状况），则需要消耗0．3 mol·L－1的NaClO溶液 L。

③在微生物的作用下，NH4+ 经过两步反应会转化为NO3-，两步反应的能量变化如图3所示。则1 mol NH4+ （aq）全部被氧化成NO3-（aq）时放出的热量是 kJ。

④用H2催化还原法可降低水中NO3-的浓度，得到的产物能参与大气循环，则反应后溶液的pH （填“升高”、“降低”或“不变”）。

Answer 1

【答案】（1）△H <0，N2+6H++6e—=2NH3；（2）2，0．36； （3）① NaClO+2NH3═N2H4+NaCl+H2O；②0．3；③346 ；④升高。

【解析】

试题分析：（1）根据△G=△H－T△S，此反应是△S<0，自发进行△G<0，因此△H<0，根据H＋移动方向，左端是正极，右端是负极，根据示意图，正极反应式为N2＋6H＋＋6e－=2NH3；（2）根据图像，c代表平衡体系中尿素的体积分数变化，因此比值为2时，尿素的产量最大，氨碳比=2，总物质量为3mol，则n（NH3）=2mol,n（CO2）=1mol，生成CO（NH2）2和水蒸气的物质的量为1×0．8mol=0．8mol，此时n（NH3） = （2－2 × 0．8） mol = 0．4 mol，n（CO2） = （1－1 ×0．8） mol = 0．2 mol，因此尿素的体积分数是0．8/（0．4 ＋ 0．2 ＋ 0．8 ＋ 0．8） × 100% = 36%；（3）①NaClO作氧化剂，化合价由＋1价→－1价，化合价降低2价，NH3作还原剂，NH3中－3价→－2价，化合价升高1价，最小公倍数是2，因此反应方程式为：NaClO+2NH3═N2H4+NaCl+H2O；②根据得失电子数目守恒，即V（NaClO）×0．3×2=0．672×2×3/22．4，解得V（NaClO）=0．3L；③第一步反应式为①NH4＋（aq）＋1．5O2（g） =NO2－（aq） ＋2H＋（aq） ＋H2O（l） △H=－273 kJ·mol－1；②NO2－（aq） ＋ 0．5O2（g） = NO3－（aq） △H=－73 kJ·mol－1，①＋②得到NH4＋（aq） ＋ 2O2（g） = NO3－（aq） ＋ H＋（aq） ＋ H2O（l） △H=－360 kJ·mol－1；④参加大于循环，即NO3－转化成N2，反应方程式为5H2 ＋ 2NO3－ = N2↑ ＋ 2OH－ ＋ 4H2O，因此pH升高。