题目内容

【题目】据公安部2019年12月统计,2019年全国机动车保有量已达3.5亿。汽车尾气排放的碳氢化合物、氮氧化物及一氧化碳是许多城市大气污染的主要污染物。氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。

I: (1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:

①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s);ΔH1=-159.47 kJ·mol1

②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH2=a kJ·mol1

③2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH3=-86.98 kJ·mol1

则a为______。

(2)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺,其反应原理为:NO+NO2+H2O=2HNO2;2HNO2+CO(NH2)2=2N2↑+CO2↑+3H2O。

①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中V(NO)∶V(NO2)=5∶1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V(空气)∶V(NO)=______(空气中氧气的体积含量大约为20%)。

②如图1表示尿素含量对脱氮效率的影响,从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为______%。

(3)图2表示使用新型电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量,同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式______,生产中可分离出的物质A的化学式为______。

II: 向容积为2L的密闭容器中加入活性炭足量和NO,发生反应: △H<0,NO和的物质的量变化如下表所示。

物质的量

T2/0C

0

NO

0

(1)T1℃温度下,反应进行了,用二氧化碳表示该反应的平均反应速率______。已知:气体分压气体总压体积分数。时用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数______。

第后,温度调整到,数据变化如上表所示,则______填“”“”或“”。

(3)若30min时,保持不变,向该容器中再加入该四种反应混合物各,则此时反应______移动填“正向”“逆向”或“不”。

【答案】+72.49 1:1 5(±0.5) N2+6e-+8H+=2NH4+ NH4Cl > 正向

【解析】

I:(1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:

①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s);ΔH1=-159.47 kJ·mol1

②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH2=a kJ·mol1

③2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);ΔH3=-86.98 kJ·mol1

依据热化学方程式和盖斯定律①+②=③,得到-159.47+a=-86.98,a=+72.49;

(2)①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳,即1:1,若烟气中V(NO):V(NO2)=5:1时,设通入空气中氧气体积为x,根据2NO+O2=2NO2可知(5-2x):(1+2x)=1:1,计算得x=1,因此空气体积为5,则V(空气):V(NO)=5:5=1:1;

②图象分析可知,当尿素浓度为5mol·L-1左右时,脱氮效率基本不变,所以从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为5%左右时达到较大的脱氮效率;

(3)以N2、H2为原料,以HCl-NH4Cl为电解质溶液构成新型燃料电池,正极发生还原反应,即氮气被还原生成NH4+,电极反应式为N2+6e-+8H+=2NH4+;负极是氢气失电子生成氢离子,正极生成铵根离子在电解质溶液中可以分离出氯化铵;

Ⅱ.由表中数据可知,T1时10min达到平衡

①0~5min内,以CO2表示的该反应速率v(CO2)= =0.042mol·L-1·min-1,KP为=;

②第15min后,温度调整到T2,平衡正向移动,由于该反应为放热反应,则T1>T2;

③若30min时,保持T2不变,K==4,向该容器中再加入该四种反应混合物各2mol,Qc= =1.36<K,平衡正向移动。

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