Question

【题目】氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。

（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）；ΔH＝-159.47kJ/mol

②NH2CO2NH4（s）＝CO（NH2）2（s）+H2O（g）；ΔH＝akJ/mol

③2NH3（g）+CO2（g）＝CO（NH2）2（s）+H2O（g）；ΔH＝-86.98kJ/mol

则a为_____________。

（2）反应2NH3（g）+CO2（g） CO（NH2）2（l）+H2O（g）在合成塔中进行。下图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比[n（NH3）/n（CO2）]和水碳比[n（H2O）/n（CO2）]投料时二氧化碳转化率的情况。

图1 图2 图3

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值分别为：

A.0.6～0.7 B.1～1.1 C.1.5～1.61

生产中应选用水碳比的数值为_____________（选填序号）。

②生产中氨碳比宜控制在4.0左右，而不是4.5的原因可能是_____________。

（3）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图2是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________%。

（4）图3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_____________。

Answer 1

【答案】

（1）+72.49；

（2）①A；②氨碳比在4.5时，NH3的量增大较多，而CO2的转化率增加不大，提高了生产成本；

（3）①1：1；②5%；

（4）N2+6e-+8H+=2NH4+；NH4Cl。

【解析】

试题分析：（1）①2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）；△H=-159.47kJmol-1，②NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s） +H2O（g）； △H=a kJmol-1，③2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）；△H=-86.98kJmol-1，依据热化学方程式和盖斯定律①+②=③，得到-159.47KJ/mol+a=-86.98KJ/mol，a=+72.49KJ/mol；故答案为：+72.49；

（2）①氨碳比相同时曲线Ⅰ二氧化碳的转化率大，所以生产中选用水碳比的数值为A；故答案为：A；

②氨碳比在4.5时，需要氨气较多，但依据图象分析二氧化碳转化率增大不多，工业合成氨生成工艺较复杂，提高生产成本；故答案为：氨碳比在4.5时，NH3的量增大较多，而CO2的转化率增加不大，提高了生产成本；

（3）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；

则2NO+O2=2NO2

2x x 2x

=1：1，计算得到x=1，空气体积为5，所以同温同压下，V（空气）：V（NO）=1：1，故答案为：1：1；

②图象分析可知，当尿素浓度为5mol/L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%左右大达到较大的脱氮效率；故答案为：5%；

（4）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，政绩生成铵根离子在电解质溶液中可以分离出氯化铵；故答案为：N2+6e-+8H+=2NH4+；NH4Cl。