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【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。

①NaClO溶液可将废水中的NH4+转化为N2。若处理过程中产生N20.672 L(标准状况),则需要消耗0.3mol·L-1的NaClO溶液 L。

②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。

③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”)。

【答案】(1)△H <0 N2+6H++6e—=2NH3

(2)2 0.36

(3)①0.3 ②346 ③升高

【解析】试题分析:(1)N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)的△S<0,自发进行可知△H﹣T△S<0,则△H<0,合成氨的阴极反应为N2+6H++6e﹣=2NH3;

(2)由图可知,横坐标为n(NH3)/n(CO2)=2时,尿素的体积分数最大,且y点氨气的转化率为80%,

2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(g)+H2O(g)

起始浓度(mol.L﹣1) 2 1 0 0

变化浓度(ol.L﹣1) 1.6 0.8 0.8 0.8

平衡浓度(mol.L﹣1) 0.4 0.2 0.8 0.8

平衡CO(NH2)2的体积分数y==0.36;

(3)①N失去电子,Cl得到电子,设消耗0.3molL﹣1的NaClO溶液为xL,由电子守恒可知,0.3mol×xL×2=×2×3,解得x=0.3;

②由图可知,第一步热化学反应为NH4+(aq)+1.5O2(g)=2H+(aq)+NO2﹣(aq)+H2O(l)△H=﹣273 kJmol﹣1①,

第二步热化学反应为NO2﹣(aq)+0.5O2(g)=NO3﹣(aq))△H=﹣73kJmol﹣1②,

由盖斯定律可知①+②得1mol NH4+(aq)全部氧化成NO3﹣(aq)的热化学方程式为NH4+(aq)+2O2(g)=2H+(aq)+NO3﹣(aq)+H2O(l)△H=﹣346 kJmol﹣1,即放出346kJ的热量;

③H2催化还原饮用水中NO3﹣,反应中的还原产物和氧化产物均可参与大气循环,则产物为水和氮气,该反应为5H2+2NO3﹣N2+4H2O+2OH﹣,氢氧根离子浓度增大,则pH升高

练习册系列答案
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(1)101 kPa时,1 mol CH3OH液体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量726.51 kJ,则表示甲醇燃烧的热化学方程式为_______________________________。

(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸汽转化为氢气的两种反应原理是:

①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.0 kJ·mol-1 ②CH3OH(g)+ O2(g)= CO2(g)+2H2(g) △H2

已知H2(g)+ O2(g)===H2O(g) △H = —241.8kJ·mol-1,则反应②的△H2=_____________。

(3)工业上一般可采用如下反应来合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),现在实验室模拟该反应并进行分析。下图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线如右图。

①该反应的焓变ΔH______0(填“>”、“<”或“=”)。

②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1_______K2(填“>”、“<”或“=”)。

(4)H2 和CO合成甲醇反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)(正反应是放热反应)。在恒温,体积为2L的密闭容器中分别充入1.2mol CO和1mol H2,10min后达到平衡,测得含有0.4mol CH3OH(g)。则达到平衡时CO的浓度为_______;10min内用H2表示的化学反应速率为_______;若要加快CH3OH的生成速率并提高CO的转化率,可采取的措施有________________(填一种合理的措施)。

(5) 二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式为: CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H 。

①该反应的平衡常数表达式为K=___________。

②在恒容密闭容器中使CO2和H2(物质的量之比为1∶3)发生上述反应,反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系如下图所示,则△H _________0(填“大于”或“小于”)

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