Question

15．氮元素及其化合物在生产、生活中有着广泛的应用．
Ⅰ．亚硝酸（HNO₂）是一种弱酸、具有氧化性．
（1）已知：25℃时，K_a（HNO₂）=5.0×10^-4  K_b（NH₃•H₂O）=1.8×10^-5
室温下，0.1mol•L^-1的NH₄NO₂溶液中离子浓度由大到小顺序为c（NO₂^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（2）酸性工业废水中NO₃^-可用尿素[CO（NH₂）₂]处理，转化为对空气无污染的物质，其反应的离子反应方程式为6H⁺+5CO（NH₂）₂+6NO₃^-=5CO₂↑+8N₂↑+13H₂O．
Ⅱ．工业上以NH₃、CO₂为原料生产尿素，该过程实际分为两步反应：
第一步合成氨基甲酸铵：2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（s）△H=-272kJ•mol^-1
第二步氨基甲酸铵分解：H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1
（3）写出以NH₃、CO₂为原料合成尿素分热化学方程式：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-134kJ•mol^-1．
（4）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件：T℃时，在一体积为10L密闭容器中投入4molNH₃和1molCO₂
，实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如图1所示．
①反应进行到10min时测得CO₂的物质的量为0.26mol，则第一步的反应速率v（CO₂）=0.0074mol/（L•min）．
②已知总反应的快慢由慢的一步决定，则在此条件下，合成尿素两步反应中慢反应的平衡常数K=c（H₂0）．
Ⅲ．电化学方法可用于治理空气中的氮氧化物NO_x．
（5）如图2是用食盐水做电解液电解烟气脱氮的一种原理图，NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO₃^-，尾气经氢氧化钠溶液吸收后排入空气．
①电解池中NO被氧化成NO₃^-的离子方程式为3Cl₂+8OH^-+2NO=2NO₃^-+6Cl^-+4H₂O
②研究发现，除了电流密度外，控制电解液较低的pH有利于提高NO去除率，其原因是次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强．

Answer 1

分析 （1）根据电离常数K_a（HNO₂）=5.0×10^-4  K_b（NH₃•H₂O）=1.8×10^-5判断一水合氨的电离能力弱于亚硝酸，则铵根离子的水解能力强于亚硝酸根离子，溶液显酸性，据此判断；
（2）尿素在酸性条件下与硝酸根反应生成二氧化碳和氮气；
（3）已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（s）△H=-272kJ•mol^-1
②H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1，
根据盖斯定律：①+②可得；
（4）①反应进行到10min时测得CO₂的物质的量为0.26mol，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
②已知总反应的快慢由慢的一步决定，结合图象变化趋势进行判断，反应快慢可以依据第一步和第二步反应的曲线斜率比较大小；再根据化学平衡常数概念写K，注意固体不写入表达式；
（5）①食盐水做电解液电解得Cl₂脱氮，根据氧化还原反应的规律可得反应；
②次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强，故控制电解液较低的pH有利于提高NO去除率．

解答 解：（1）电离常数K_a（HNO₂）=5.0×10^-4  K_b（NH₃•H₂O）=1.8×10^-5，则NH₃•H₂O的电离能力较弱，相应的铵根离子的水解能力稍强，溶液显酸性，所以NH₄NO₂溶液中离子浓度由大到小顺序为：c（NO₂^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
故答案为：c（NO₂^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（2）酸性条件下，亚硝酸根离子和尿素发生氧化还原反应生成两种无毒气体，根据元素守恒知，两种无毒气体应该是氮气和二氧化碳气体，离子反应方程式为：6H⁺+5CO（NH₂）₂+6NO₃^-=5CO₂↑+8N₂↑+13H₂O；
故答案为：6H⁺+5CO（NH₂）₂+6NO₃^-=5CO₂↑+8N₂↑+13H₂O；
（3）已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（s）△H=-272kJ•mol^-1
②H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1，
根据盖斯定律：①+②可得：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-134kJ•mol^-1；
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-134kJ•mol^-1；
（4）①体积为10L密闭容器中投入4molNH₃和1molCO₂，反应进行到10min时测得CO₂的物质的量为0.26mol，v（CO₂）=$\frac{（1mol-0.26mol）÷10L}{10min}$=0.0074mol/（L•min）；
故答案为：0.0074mol/（L•min）；
②由图象可知在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化，发生的是第一步反应，氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二步反应，从曲线斜率不难看出第二部反应速率慢，已知总反应的快慢由慢的一步决定，故合成尿素两步反应中慢反应为H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g），根据化学平衡常数概念K=c（H₂0）；
故答案为：c（H₂0）；
（5）①电解食盐水阳极产生氯气作氧化剂，NO为还原剂，在碱性条件下的反应为：3Cl₂+8OH^-+2NO=2NO₃^-+6Cl^-+4H₂O；
故答案为：3Cl₂+8OH^-+2NO=2NO₃^-+6Cl^-+4H₂O；
②次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强，故控制电解液较低的pH有利于提高NO去除率；
故答案为：次氯酸钠在酸性条件下氧化性增强．

点评 本题考查了了盖斯定律求反应热、化学平衡速率计算及常数K的表达式、氧化还原反应等，（5）中对电解食盐水的产物判断是关键，题目难度中等．