Question

【題目】I.氮和氮的化合物在國防建設、工農業(yè)生產和生活中都有極其廣泛的用途。請回答下列與氮元素有關的問題:

(1)亞硝酸氯(結構式為Cl-N=O)是有機合成中的重要試劑。它可由Cl2和NO在通常條件下反應制得，反應方程式為2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)。已知幾種化學的鍵能數(shù)據(jù)如下表所示:

當Cl2與NO反應生成ClNO的過程中轉移了5mol電子，理論上放出的熱量為____kJ.

(2)在一個恒容密閉容器中究入2molNO(g)和1 mol Cl2(g)發(fā)生(1)中反應，在溫度分別為T1、T2時測得NO的物質的量(單位:mol)與時間的關系如下表所示

①T1________T2(填“>“”＜”或”＝”)。

②溫度為T2℃時，起始時容器內的強為p0，則該反應的平衡常數(shù)Kp=______(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數(shù))。

(3)近年來，地下水中的氮污染已成為一個世界性的環(huán)境問題。在金屬Pt、Cu和銥(Ir)的催化作用下，密閉容器中的H2可高效轉化酸性溶液中的硝態(tài)氮(NO3-)，其工作原理如圖所示

①Ir表面發(fā)生反應的方程式為_____________。

②若導電基體上的Pt顆粒增多，造成的后果是______________。

II:利用電化學原理，將NO2、O2和熔融KNO3制成燃料電池，模擬工業(yè)電解法來精煉銀，裝置如圖所示

請回答下列問題:

(4)①甲池工作時，NO2轉變成綠色硝化劑Y，Y是N2O5，可循環(huán)使用，則石墨Ⅱ附近發(fā)生的電極反應式為________。

②若用10A的電流電解60min后，乙中陰極得到32.4gAg，則該電解池的電解效率為____％。(保留小數(shù)點后一位。通過一定電量時陰極上實際沉積的金屬質量與通過相同電量時理論上應沉積的金屬質量之比叫電解效率。法拉第常數(shù)為96500C/mol)

Answer 1

【答案】277.5 < H2+N2ON2+H2O 若Pt顆粒增多，NO3-更多轉化為NH4+存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量，產生有污染的氣體 O2+4e-+2N2O5=4NO3- 80.4

【解析】

(1)2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)，反應的焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能，據(jù)此計算；

(2)①溫度越高，反應速率越大，達到平衡狀態(tài)所需要的時間短；

②用三段式法計算出平衡時各種成分的物質的量，根據(jù)壓強比等于氣體的物質的量的比，用每種物質的物質的量占總物質的量的百分比乘以總壓強得該組分的分壓，帶入平衡常數(shù)表達式，可得Kp；

(3)①由原理的示意圖可知，Ir的表面氫氣和N2O發(fā)生反應生成N2和H2O；

②由原理的示意圖可知，若導電基體上的Pt顆粒增多，則NO3-會更多的轉化成銨根。

(4)①石墨I上發(fā)生氧化反應，為原電池的負極，石墨II為原電池的正極，正極上發(fā)生還原反應；

②根據(jù)Ag的質量計算電子轉移的物質的量，結合法拉第常數(shù)為96500C/mol及電流強度與通電時間可計算出電解池的電解效率。

(1)2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)，1molCl2參與反應發(fā)生焓變△H=243kJ/mol+2×630kJ/mol-2×(200kJ/mol+607kJ/mol)=-111kJ/mol，此時轉移2mol電子，則有5mol電子轉移時，熱量變化為111kJ/mol×mol=277.5kJ；

(2)①溫度越高，反應速率越大，達到平衡狀態(tài)所需要的時間短，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知在溫度為T2時先達到平衡，所以反應溫度T1<T2；

②起始物質的量為3mol，壓強為p0，反應后各物質變化為

2NO+Cl22ClNO

起始物質的量 2 1 0

達平衡物質的量 1 0.5 1

在恒容密閉容器中發(fā)生反應，氣體的物質的量的比等于壓強之比，反應后氣體的總物質的量n(總)后=2.5mol，反應前氣體的物質的量n(前)總=3mol，所以反應后壓強為P=P0=P0；p(NO)=p(ClNO)=×P0=P0；p(Cl2)=p(NO)=P0，則化學平衡常數(shù)Kp==；

(3)①在Ir表面上H2與N2O反應產生N2和水，反應方程式為H2+N2ON2+H2O；

②由原理的示意圖可知，若導電基體上的Pt顆粒增多，則NO3-會更多的轉化成銨根，不利于降低溶液中含氮量；

(4)①根據(jù)圖示可知在石墨I上NO2失去電子發(fā)生氧化反應轉化為N2O5，為原電池的負極，石墨II上O2獲得電子，與溶液中的N2O5結合形成NO3-，發(fā)生還原反應，為原電池的正極，電極反應式為：O2+4e-+2N2O5=4NO3-；

②n(Ag)==0.3mol，由于每反應產生1molAg，轉移1mol電子，則轉移的電量為Q=0.3mol×96500C/mol=28950C，由于電流強度為10A，電解時間為60min，轉移的總電量Q總=10×60×60C=36000C，所以電解池的電解效率=×100%=80.4%。