Question

12．NO₂是形成雾霾天气的原因之一．
（1）重型车辆常在排气管内喷淋尿素[CO（NH₂）₂]溶液，使NO₂转化为无污染物质．采用“喷淋”的目的是增大接触面积，加快反应速率，反应的活化能不变（选填“增大”“减小”“不变”），写出该反应的化学方程式：6NO₂+4CO（NH₂）₂=7N₂+4CO₂+8H₂O．【已知：CO（NH₂）₂中N呈-3价】
（2）以CO₂与NH₃为原料可合成化肥尿素．已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-160.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
写出CO₂与NH₃合成尿素和气态水的热化学反应方程式2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-276.0kJ•mol^-1．
（3）恒温下将1.6mol NH₃和0.8mol CO₂放入容积为8L的恒容密闭容器中，反应生成NH₂CO₂NH₄（s），下列各项能说明反应达到平衡状态的是ac．
a．容器内气体压强保持不变b．CO₂与NH₃的速率之比为1：2
c．NH₂CO₂NH₄（s）质量保持不变d．容器内温度保持不变
该反应达到平衡时，测得CO₂的物质的量浓度为0.05mol•L^-1．则平衡时CO₂的转化率α=50%；若其他条件不变，移去少量NH₂CO₂NH₄，CO₂的转化率不变（选填“增大”“减小”“不变”）．
（4）为减少NO₂排放，可将NO₂转化为NO后通入如图所示装置，同时补充气体物质A使NO全部转化为NH₄NO₃，该装置中总化学反应方程式是8NO+2NH₃+7H₂O=5NH₄NO₃．

Answer 1

分析 （1）在排气管内将尿素溶液采用喷淋的形式与NO₂作用，可结合影响反应速率的因素考虑，活化能是化学反应本身的性质，与影响反应的条件无关；尿素与NO₂反应生成无污染的物质，产物应该是CO₂、N₂和水，结合原子守恒和电子守恒配平可得此反应的化学方程式；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②+③得到CO₂与NH₃合成尿素和气态水的热化学反应方程式；
（3）判断可逆反应2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g），是否达到平衡状态，可结合平衡状态的特征v（正）=v（逆）≠0，反应体系各物质的量不再随时间变化而变化来判断；
转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，可结合“三行式”计算CO₂的转化率；平衡体系中改变固体反应物或生成物的量不影响反应速率，不影响平衡的移动；
（4）电解NO制备 NH₄NO₃，由装置图可知阳极发生氧化反应，NO被氧化生成NO₃^-，阴极发生还原反应，NO被还原生成NH₄⁺，阳极反应为NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，阴极反应为：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，结合电极方程式解答该题．

解答 解：（1）尿素以喷淋的形式进入排气管，可增大与NO₂气体的接触面积，加快了反应速率，但不改变反应的活化能；尿素与NO₂反应生成CO₂、N₂和水的化学方程式是6NO₂+4CO（NH₂）₂=7N₂+4CO₂+8H₂O，
故答案为：增大接触面积，加快反应速率；不变；6NO₂+4CO（NH₂）₂=7N₂+4CO₂+8H₂O；
（2）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-160.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②+③得到CO₂与NH₃合成尿素和气态水的热化学反应方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-276.0KJ/mol；
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-276.0 KJ/mol；
（3）a．反应前后气体反应物和生成物的系数和不等，正反应是体积减小的方向，在恒温恒容条件下，压强不变是平衡状态，故a正确；b．伴随反应的进行，CO₂与NH₃的速率之比始终为1：2，无法判断是平衡状态，故b错误；c．NH₂CO₂NH₄（s）质量保持不变可说明是平衡状态，故c正确；d．反应在恒温条件下进行，无法判断是平衡状态，故d错误；
                           2NH₃+CO₂?NH₂CO₂NH₄，
起始量（mol/L）0.2          0.1            0
变化量（mol/L）0.1         0.05           0
平衡量（mol/L） 0.1         0.05          0
CO₂的转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.05mol/L}{0.1mol/L}$×100%=50%，
改变NH₂CO₂NH₄（s）质量平衡不移动，CO₂的转化率不变；
故答案为：ac；50%；不变；
（4）电解NO制备NH₄NO₃，阳极反应为NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，阴极反应为：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO₃^-的物质的量大于阴极产生的NH₄⁺的物质的量，总电极反应方程式为：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，可知补充的A为NH₃，使NO全部转化为NH₄NO₃总化学反应方程式是8NO+2NH₃+7H₂O=5NH₄NO₃；
故答案为：8NO+2NH₃+7H₂O=5NH₄NO₃．

点评 本题考查盖斯定律的应用、平衡状态的判断、化学反应速率的影响因素、转化率的计算及电解原理的应用等，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．