摘要: 同温同压下的氮气和氢气.若体积相同时.两种气体的质量比为 .其密度比为 ,若质量相等时.两种气体的体积比 .

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实验室可以通过以下三条途径按不同要求制取氮气:
①加热NaNO2(一种致癌物质,有毒)与NH4Cl的混合物浓溶液制取N2;
②将空气通过灼热的活性铜粉制得较纯净的N2;
③加热条件下用NH3还原CuO得纯净的N2和活性铜粉.
如图所示,给出了按上述途径制取N2可供选择的几种实验装置:

请回答下列问题:
(1)按途径①制取N2时,应选用上述装置中的
F
F
(填装置代码)做发生装置.
(2)若只需较纯净的N2,有同学建议把②和③两条途径协同使用,这样做的好处是
铜和氧化铜可循环使用,节省试剂(或避免使用有毒物质而造成污染)
铜和氧化铜可循环使用,节省试剂(或避免使用有毒物质而造成污染)
.
(3)按途径③制取N2时,若气流从左到右的顺序所需的上述装置是:A→C→B→D.在A装置中所需要的试剂是
浓氨水
浓氨水
和
生石灰
生石灰
.(写试剂名称)
①甲同学:为通过实验现象验证C处有水产生,必须在C装置前后都连接E装置,其中填充的固体药品按前后顺序分别为
碱石灰(或无水氯化钙)
碱石灰(或无水氯化钙)
、
无水硫酸铜
无水硫酸铜
.(写试剂名称)
②乙同学:实验过程中,发现黑色固体完全变红,质疑此时红色固体可能含Cu2O.通过查阅资料知:Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O.依据信息,请设计实验证明C处的红色固体中是否含有Cu2O:
取样加入稀硫酸后溶液呈蓝色,即证明含Cu2O
取样加入稀硫酸后溶液呈蓝色,即证明含Cu2O

③丙同学:实验时充分加热,至C装置硬质玻管质量不再减轻为止.实验完毕后,若实验测得收集的N2体积为aL(已折算为标准状况),硬质玻管质量减轻了bg.则氨分子中氮、氢的原子个数比为(用含a、b的字母的代数式表示)
16a
22.4b
16a
22.4b
(此空记3分).
(4)目前工业上用氮气和氢气直接合成氨,氨经一系列反应可制得硝酸.在以上各步反应中,按要求完成化学反应方程式:
①氮元素只发生还原反应
N2+3H2
高温高压
催化剂
2NH3
N2+3H2
高温高压
催化剂
2NH3
、
②氮元素既发生氧化反应又发生还原反应:
3NO2+H2O=2HNO3+NO
3NO2+H2O=2HNO3+NO
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I.科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。目前合成氨的技术原理为氮气和氢气在高温高压催化剂条件下生成氨气,一定条件下,向一个2L的密闭容器中充入2molN2和6molH2,反应达平衡时生成NH3的浓度为0.5mol/L,并放出QkJ热量,该反应的热化学方程式可表示为______。

II.已知:N2O4(g)2NO2(g)  △H=+57.20kJ/mol。

在1000C时,将0.100molN2O4气体充入lL恒容抽空的密闭容器中,每隔一定时间对该容器内的物质浓度进行分析得到下表数据:

时间(s)

0

20

40

60

80

c(N2O4)/mol

0.100

c1

0.050

c3

c4

c(NO2)/mol

0.000

0.060

c2

0.120

0.120

 

(1)该反应的平衡常数表达式为______;从表中数据分析:c1 ______c2、c3______c4(选填“>”、“<”或“=”)。

(2)在右图中画出并标明此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线。

(3)在上述条件下,从反应开始至达到化学平衡时,四氧化二氮的平均反应速率为______。

(4)若起始时充入NO2气体0.200mol,则达到平衡时NO2 气体的转化率为______;其它条件不变时,下列措施能提高NO2转化率的是______ (填字母)。

A.减小NO2的浓度   B.降低温度       C.增加NO2的浓度

D.升高温度       E.再充入一定量的He

(5)向容积相同、温度分别为T1和T1的两个密闭容器中分别充入等量NO2,发生反应:2NO2 N2O4(g) (g)  △H=-57.20kJ/mol。恒温恒容下反应相同时间后,分别测得体系中NO2的百分含量分别为a1和a2。巳知T1<T2,则a1____a2 (选择A、B、C、D填空)。

A.大于     B.小于     C.等于    D.以上都有可能

 

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工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如下:

(1)某温度下体积为200L的氨合成塔中,测得如下数据:

0

1

2

3

4

N2

1.500

1.400

1.200

C1

C1

H2

4.500

4.200

3.600

C2

C2

NH3

0

0.200

0.600

C3

C3

 

 

 

 

 

 

 

根据表中数据计算0~2小时内N2的平均反应速率      mol?L-1?h-1

若起始时与平衡时的压强之比为a,则N2的转化率为   (用含a的代数式表示)

(2)希腊阿里斯多德大学的 George Marnellos 和 Michael Stoukides,发明了一种合成氨的新方法,在常压下,把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池,利用能通过氢离子的多孔陶瓷固体作电解质,氢气和氮气在电极上合成了氨,转化率达到78%,试写出电解池阴极的电极反应式                               

(3)氨气和氧气从145℃就开始反应,在不同温度和催化剂条件下生成不同产物(如右图):

4NH3+5O24NO+6H2O K1=1×1053(900℃)

4NH3+3O22N2+6H2O  K2=1×1067(900℃)

温度较低时以生成          为主,温度高于900℃时,NO产率下降的原因                         。吸收塔中需要补充空气的原因                                         。

(4)尾气处理时小型化工厂常用尿素作为氮氧化物的吸收剂,此法运行费用低,吸收效果好,不产生二次污染,吸收后尾气中NOx的去除率高达99.95%。其主要的反应为氮氧化物混合气与水反应生成亚硝酸,亚硝酸再与尿素反应生成CO2  和N2请写出有关反应化学方程式                        ,                      。


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工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如下:

(1)某温度下体积为200L的氨合成塔中,测得如下数据:
时间(h)浓度(mol/L)1234
N21.5001.4001.200C1C1
H24.5004.2003.600C2C2
NH30.2000.600C3C3
根据表中数据计算0~2小时内N2的平均反应速率    mol?L-1?h-1
若起始时与平衡时的压强之比为a,则N2的转化率为    (用含a的代数式表示)
(2)希腊阿里斯多德大学的 George Marnellos 和 Michael Stoukides,发明了一种合成氨的新方法(Science,2,Oct.1998,p98),在常压下,把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池,利用能通过氢离子的多孔陶瓷固体作电解质,氢气和氮气在电极上合成了氨,转化率达到78%,试写出电解池阴极的电极反应式   
(3)氨气和氧气从145℃就开始反应,在不同温度和催化剂条件下生成不同产物(如图):
4NH3+5O2?4NO+6H2O  K1=1×1053(900℃)
4NH3+3O2?2N2+6H2O   K2=1×1067(900℃)温度较低时以生成    为主,温度高于900℃时,NO产率下降的原因    .吸收塔中需要补充空气的原因    .
(4)尾气处理时小型化工厂常用尿素作为氮氧化物的吸收剂,此法运行费用低,吸收效果好,不产生二次污染,吸收后尾气中NOx的去除率高达99.95%.其主要的反应为氮氧化物混合气与水反应生成亚硝酸,亚硝酸再与尿素反应生成CO2和N2请写出有关反应化学方程式    ,    .
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