题目内容

17.氨是一种重要的化工原料,也是重要的工业产品,在工农业生产和国防等领域发挥着重要作用.
(1)液氨储氢是目前研究的重要课题,液氨的电离和水的电离相似,液氨中的氨也能发生电离::NH3+NH3?NH4++NH2-,其离子积常数为1.0×10-30.现将2.3克金属钠投入1.0L液氨中,待反应结束后,假设溶液体积不变,所得溶液中NH4+离子浓度为1.0×l0-29mol/L.
(2)用Pt电极对液氨进行电解可产生H2和N2,则阳极的电极反应式是8NH3-6e-=N2↑+6NH4+或6NH2--6e-=N2↑+4NH3.
(3)以H2为原料制取氨气进而合成CO(NH2)2的反应如下:
N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1
2NH3(g)+CO2(g)═NH2CO2NH4(s)△H=-159.47kJ•mol-1
NH2CO2NH4(s)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=+72.49kJ•mol-1
则N2(g)、H2(g)与CO2(g)反应生成CO(NH2)2(s)和H2O(l)的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-179.38kJ•mol-1.
(4)将一定量的N2和H2充入1L的密闭容器中,在500℃、2×107Pa下反应并达到平衡,测得N2为0.10mol,H2为0.30mol,NH3为0.10mol,则H2的平衡转化率为33.3%;在该温度下的平衡常数K=3.70.
(5)如图是某压强下,N2与H2按体积比1:3投料时,反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线.其中一条是经过一定时间反应后的曲线,另一条是平衡时的曲线.则图中b点,v(正)>v(逆).(填“>”、“=”或“<”)

分析 (1)氨和水类似,也能发生电离:NH3+NH3=NH4++NH2-,将2.3g金属钠投入1.0L液氨中会结合NH2-,促进液氨的电离,钠与液氨反应生成NaNH2,结合化学方程式计算;
(2)用Pt电极对液氨进行电解可产生H2和N2,阴极上氨气或铵根离子得电子生成氢气,而阳极是氨气中-3价的氮失电子生成氮气;
(3)N2(g)、H2(g)与CO2(g)反应生成CO(NH2)2(s)和H2O(l),所以反应的方程式为:N2(g)+3H2(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l),由盖斯定律分析解答;
(4)测得N2为0.10mol,H2为0.30mol,NH3为0.10mol,根据方程式知,参加反应的氢气物质的量=0.15mol,则H2的平衡转化率=$\frac{参加反应的氢气物质的量}{氢气初始物质的量}$×100%;平衡是c(N2)=0.10mol/L、c(H2)=0.30mol/L、c(NH3)=0.10mol/L,在该温度下的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}(N{H}_{3})}{c({N}_{2}).{c}^{3}({H}_{2})}$;
(5)根据图知,a是平衡曲线、b是经过一定时间反应后的曲线,该温度下要使该反应达到平衡状态,应该增大氨气含量,平衡正向移动.

解答 解:(1)将2.3g金属钠投入1.0L液氨中发生反应为:2Na+2NH3=2NaNH2+H2↑;促进液氨的电离,依据:NH3+NH3=NH4++NH2-,[NH4+][NH2-]=l.0×l0-30;反应生成NH2-物质的量为0.1mol,浓度为0.1mol/L,所得溶液中NH4+的浓度l.0×l0-29mol/L,
故答案为:1.0×l0-29mol/L;
(2)用Pt电极对液氨进行电解可产生H2和N2,阴极上氨气或铵根离子得电子生成氢气,电极反应式为2NH3+2e-=H2+2NH2- 或 2NH4++2e-=H2+2NH3,
阳极的电极反应式为:8NH3-6e-=N2↑+6NH4+或 6NH2--6e-=N2↑+4NH3,故答案为:8NH3-6e-=N2↑+6NH4+或 6NH2--6e-=N2↑+4NH3;
(3)N2(g)、H2(g)与CO2(g)反应生成CO(NH2)2(s)和H2O(l),所以反应的方程式为:N2(g)+3H2(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l),根据①N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1;
②2NH3(g)+CO2(g)═NH2CO2NH4(s)△H=-159.47kJ•mol-1;
③NH2CO2NH4(s)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=+72.49kJ•mol-1;
由盖斯定律可知:①+②+③得:N2(g)+3H2(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-179.38 kJ•mol-1,故答案为:N2(g)+3H2(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-179.38 kJ•mol-1;
(4)测得N2为0.10mol,H2为0.30mol,NH3为0.10mol,根据方程式知,参加反应的氢气物质的量=0.15mol,则H2的平衡转化率=$\frac{参加反应的氢气物质的量}{氢气初始物质的量}$×100%=$\frac{0.15mol}{0.3mol+0.15mol}$×100%=33.3%;平衡是c(N2)=0.10mol/L、c(H2)=0.30mol/L、c(NH3)=0.10mol/L,在该温度下的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}(N{H}_{3})}{c({N}_{2}).{c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{0.1{0}^{2}}{0.10×0.3{0}^{3}}$=3.70,
故答案为:33.3%;3.70;
(5)根据图知,a是平衡曲线、b是经过一定时间反应后的曲线,该温度下要使该反应达到平衡状态,应该增大氨气含量,平衡正向移动,则正反应速率大于逆反应速率,故答案为:>.

点评 本题考查化学平衡有关计算及电解原理,为高频考点,侧重考查学生分析计算能力,明确化学平衡计算方法、电解原理是解本题关键,难点是(5)题,会根据物质浓度相对大小确定反应方向,题目难度中等.

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