Question

7．含氮化合物的研发与绿色反展、经济可持续发展有着密切关联．
（1）氨是一种重要化工原料．合成氨原料气H₂，可用天然气为原料制得，有关反应能量变化如图1所示．

则用CH₄（g）和H₂0（g）反应制得H₂（g）和CO（g）的热化学方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+171.1KJ/mol
（2）氮的氧化物有着广泛用途，又是环境的污染物．
（i）在150℃时，将0.4mol NO₂气体充入体积为2L的真空密闭容器中，发生反应：2NO₂（g）?N₂O₄（g）．
每隔一定时间测定容器内各物质的物质的量，数据如下表：

时间/S	0	20	40	60	80
N（NO2）/mol	0.4	n1	0.26	n3	n4
N（N2O4）/mol	0	0.05	n2	0.08	0.08

①当反应在150℃达到平衡时，该反应平衡常数K=2.8．（填数值）
②若最初通入N₂O₄，在相同条件下达到平衡时，各物质浓度仍然相同，则N₂O₄的起始浓度
应为0.10mol/L．
（ii）氨氧化制HNO₃的尾气中含有NO和NO₂，且n（NO）：n（NO₂）=1：1，可用尿素溶液除去，其作用原理是：NO₂和NO与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素[CO（ NH₂）₂]反应生成对环境无污
染的物质．若用1mol尿素吸收该尾气，则能吸收氮氧化物76g．
（3）氨气，CO₂在一定条件下可合成尿素，其反应为：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（ NH₂）₂（s）+H₂O（g）
图2表示合成塔中氨碳比a与CO₂转化率ω的关系．a为[n（NH₃）：n（CO₂）]，b为水碳比[n（H₂O）：n（CO₂）]．则：
①b应控制在C；
A.1.5～1.6    B.1～1.1    C.0.6～0.7
②a应控制在4.0的理由是a等于4.0，CO₂转化率迅速提高到最大值；而a在4.0之后增大，c（NH₃）转化率无明显增大．

Answer 1

分析 （1）分别根据图象1、2、3写出热化学方程式，然后根据盖斯定律来分析；
（2）（i）．①根据方程式可知，n₁=0.3mol，n₂=0.07mol，n₃=0.24mol，n₄=0.24mol，根据NO₂的平衡浓度为0.12mol/L、N₂O₄的平衡浓度为0.04mol/L来计算；
②若最初通人N₂O₄，在相同条件下达到平衡时，各物质浓度仍然相同，即与通入0.4molNO₂达等效平衡，据此分析；
（ii）根据题目信息写出方程式，建立关系式，然后依据关系式进行计算；
（3）①根据氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]相同时，水碳比b[n（H₂O）/n（CO₂）]为0.6～0.7时，二氧化碳转化率最大；
②根据氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]大于4.0时，增大氨气的物质的量，二氧化碳的转化率增加不大，增加了生产成本；氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]小于4.0时，二氧化碳的转化率较小．

解答 解：（1）分别根据图象1、2、3可知热化学方程式为：CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-282KJ/mol  ①
H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol  ②
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-836.3KJ/mol  ③
将③-①-②×3可得：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+171.1KJ/mol，故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+171.1KJ/mol；
（2）（i）①根据方程式中物质间的计量数关系、利用三段式可知，n₁=0.3mol，n₂=0.07mol，n₃=0.24mol，n₄=0.24mol，故在60min时反应达平衡，NO₂的平衡浓度为0.12mol/L、N₂O₄的平衡浓度为0.04mol/L，故反应的平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.04}{0.1{2}^{2}}$=2.8，故答案为：2.8；
②若最初通人N₂O₄，在相同条件下达到平衡时，各物质浓度仍然相同，即与通入0.4molNO₂达等效平衡，而在恒温恒容条件下，按照等量加料，则达等效平衡，故应加入0.2molN₂O₄，即0.1mol/L，故答案为：0.1mol/L；
 （ii）由题目信息可知，NO、NO₂二者混合物与水反应生成亚硝酸，反应方程式为NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；亚硝酸再与尿素反应生成CO₂和N₂，反应方程式为CO （NH₂）₂+2HNO₂=CO₂+2N₂+3H₂O，
       NO+NO₂ ～2HNO₂ ～CO（NH₂）₂
     （30+46）g            1mol
1mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物（假设NO、NO₂体积比为1：1）的质量为76g，故答案为：76；
（3）①氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]相同时，水碳比b[n（H₂O）/n（CO₂）]为0.6～0.7时，二氧化碳转化率最大，故答案为：A；
②氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]大于4.0时，增大氨气的物质的量，二氧化碳的转化率增加不大，增加了生产成本；氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]小于4.0时，二氧化碳的转化率较小，
故答案为：氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]大于4.0时，增大氨气的物质的量，二氧化碳的转化率增加不大，增加了生产成本；氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]小于4.0时，二氧化碳的转化率较小．

点评 本题主要考查了盖斯定律的应用，化学平衡移动、化学平衡常数的计算等，难度不大，培养了学生分析问题的能力．