Question

碳和氮的许多化合物在工农业生产和生活中有重要的作用．
（1）工业上生产硝酸所需要的一氧化氮常用氨气来制备，该反应的化学方程式为

 

（2）以CO₂与NH₃为原料可合成化肥尿素[化学式为CO（NH₂）₂]．已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂ NH₄（s）△H=-l59.5kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ?mol^-1
③H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
写出CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式

 

（3）以氨气代替氢气研发氨燃料电池是当前科研的一个热点，已知氨燃料电池使用的电解质溶液是2mol?L^-1的KOH溶液，电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．该电池负极的电极反应式为

 

；每消耗3.4g NH₃转移的电子数为

 

 （阿伏加德罗常数的值用N_A表示）．
（4）用活性炭还原法可以处理氮氧化物．某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应C（s）+2NO（g）=N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ?mol^-1．
在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如表：

浓度（molL-1） 时间（Min）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①T₁℃时，该反应的平衡常数K=

 

；
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是

 

（填字母编号）．
a．加入一定量的活性炭    
b．通人一定量的NO
c．适当缩小容器的体积    
d．加入合适的催化剂
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则Q

 

 0（填“＞”或“＜”）．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）工业制备硝酸的第一步是氨气的催化氧化生成一氧化氮的放热反应；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式；
（3）依据化学方程式分析盐酸化合价变化，判断发生氧化反应的物质是氨气，原电池中在负极失电子，正极上氧气得到电子生成氢氧根离子；结合化学方程式和电子转移总数计算每消耗3.4g NH₃转移的电子数；
（4）①分析图表数据结合反应特征，利用平衡浓度计算得到平衡常数；
②依据图表数据分析，结合平衡浓度计算平衡常数和浓度变化分析判断；
③平衡改变条件分数移动，依据平衡移动原理分析判断；

解答： 解：（1）工业制备硝酸的第一步是氨气的催化氧化生成一氧化氮的放热反应，反应的化学方程式为：4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O；
故答案为：4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O；
（2）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂ NH₄（s）△H=-l59.5kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ?mol^-1
③H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
依据盖斯定律计算①+②-③得到：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（3）电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．该电池负极是氨气失电子生成氮气，反应的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，反应中2mol氨气反应电子转移6mol电子，每消耗3.4g NH₃物质的量=

3.4g

17g/mol

=0.2mol，转移的电子数为0.6N_A；
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，0.6N_A；
（4）①依据图表数据分析得到平衡状态各物质的平衡浓度，结合平衡常数概念计算，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），平衡浓度c（N₂）=0.36mol/L；c（CO₂）=0.36mol/L；c（NO）=0.48mol/L；反应的平衡常数K=

c(N2)c(CO2)

c2(NO)

=

0.36×0.36

0.482

=

9

16

=0.56；
故答案为：0.56；
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依据图表数据分析，平衡状态物质浓度增大，平衡常数随温度变化，平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度增大，反应前后气体体积不变，所以可能是减小溶液体积后加入一定量一氧化氮；
a．加入一定量的活性炭，碳是固体对平衡无影响，平衡不动，故a错误；
b．通入一定量的NO，新平衡状态下物质平衡浓度增大，故b正确；
c．适当缩小容器的体积，反应前后体积不变，平衡状态物质浓度增大，故c正确；
d．加入合适的催化剂，催化剂只改变化学反应速率，不改变化学平衡，故d错误；
故答案为：bc；
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比从为5：3：3，氮气和二氧化碳难度之比始终为1：1，所以5：3＞4：3，说明平衡向逆反应方向移动，说明逆反应是吸热反应，则正反应是放热反应，故选＜；
故答案为：＜；

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡的影响因素分析化学平衡移动原理的应用，平衡常数计算判断，题目难度中等．