Question

【題目】據(jù)公安部2019年12月統(tǒng)計，2019年全國機動車保有量已達3.5億。汽車尾氣排放的碳氫化合物、氮氧化物及一氧化碳是許多城市大氣污染的主要污染物。氮的化合物合成、應用及氮的固定一直是科學研究的熱點。

I: (1)以CO2與NH3為原料合成化肥尿素的主要反應如下：

①2NH3(g)＋CO2(g)＝NH2CO2NH4(s)；ΔH1＝－159.47 kJ·mol1

②NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH2＝a kJ·mol1

③2NH3(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH3＝－86.98 kJ·mol1

則a為______。

(2)尿素可用于濕法煙氣脫氮工藝，其反應原理為：NO＋NO2＋H2O＝2HNO2；2HNO2＋CO(NH2)2＝2N2↑＋CO2↑＋3H2O。

①當煙氣中NO、NO2按上述反應中系數(shù)比時脫氮效果最佳。若煙氣中V(NO)∶V(NO2)＝5∶1時，可通入一定量的空氣，同溫同壓下，V(空氣)∶V(NO)＝______(空氣中氧氣的體積含量大約為20%)。

②如圖1表示尿素含量對脫氮效率的影響，從經(jīng)濟因素上考慮，一般選擇尿素濃度約為______%。

(3)圖2表示使用新型電極材料，以N2、H2為電極反應物，以HCl-NH4Cl為電解質溶液制造出既能提供能量，同時又能實現(xiàn)氮固定的新型燃料電池。請寫出該電池的正極反應式______，生產(chǎn)中可分離出的物質A的化學式為______。

II: 向容積為2L的密閉容器中加入活性炭足量和NO，發(fā)生反應: △H＜0，NO和的物質的量變化如下表所示。

物質的量					T2/0C
	0
NO
	0

(1)T1℃溫度下，反應進行了，用二氧化碳表示該反應的平均反應速率______。已知：氣體分壓氣體總壓體積分數(shù)。時用平衡分壓代替平衡濃度計算平衡常數(shù)______。

第后，溫度調整到，數(shù)據(jù)變化如上表所示，則______填“”“”或“”。

(3)若30min時，保持不變，向該容器中再加入該四種反應混合物各，則此時反應______移動填“正向”“逆向”或“不”。

Answer 1

【答案】+72.49 1:1 5(±0.5) N2+6e-+8H+=2NH4+ NH4Cl ＞ 正向

【解析】

I:(1)以CO2與NH3為原料合成化肥尿素的主要反應如下：

①2NH3(g)＋CO2(g)＝NH2CO2NH4(s)；ΔH1＝－159.47 kJ·mol1

②NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH2＝a kJ·mol1

③2NH3(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH3＝－86.98 kJ·mol1

依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律①+②=③，得到-159.47+a=-86.98，a=+72.49；

（2）①當煙氣中NO、NO2按上述反應中系數(shù)比時脫氮效果最佳，即1：1，若煙氣中V（NO）：V（NO2）=5：1時，設通入空氣中氧氣體積為x，根據(jù)2NO+O2＝2NO2可知（5-2x）：（1+2x）=1：1，計算得x=1，因此空氣體積為5，則V（空氣）：V（NO）=5：5=1：1；

②圖象分析可知，當尿素濃度為5mol·L－1左右時，脫氮效率基本不變，所以從經(jīng)濟因素上考慮，一般選擇尿素濃度約為5%左右時達到較大的脫氮效率；

（3）以N2、H2為原料，以HCl-NH4Cl為電解質溶液構成新型燃料電池，正極發(fā)生還原反應，即氮氣被還原生成NH4＋，電極反應式為N2+6e－+8H＋=2NH4＋；負極是氫氣失電子生成氫離子，正極生成銨根離子在電解質溶液中可以分離出氯化銨；

Ⅱ.由表中數(shù)據(jù)可知，T1時10min達到平衡

①0～5min內，以CO2表示的該反應速率v（CO2）= =0.042mol·L-1·min-1，KP為=；

②第15min后，溫度調整到T2，平衡正向移動，由于該反應為放熱反應，則T1＞T2；

③若30min時，保持T2不變，K==4，向該容器中再加入該四種反應混合物各2mol，Qc= =1.36＜K，平衡正向移動。