Question

18．含氮化合物的研發(fā)與綠色反展、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有著密切關(guān)聯(lián)．

（1）氨是一種重要化工原料．合成氨原料氣H2，可用天然氣為原料制得，有關(guān)反應能量變化如圖1所示．
則用CH₄（g）和H₂0（g）反應制得H₂（g）和CO（g）的熱化學方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+171.1KJ/mol
（2）氮的氧化物有著廣泛用途，又是環(huán)境的污染物．
（i）在150C時，將0.4mol NO₂氣體充人體積為2L的真空密閉容器中，發(fā)生反應：2NO₂（g）^-?N₂O₄（g）．
每隔一定時間測定容器內(nèi)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，數(shù)據(jù)如表：

時間	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0	0.05	n2	0.08	0.08

①當反應在1500C達到平衡時，該反應平衡常數(shù)K=2.8．（填數(shù)值）
②若最初通人N₂O₄，在相同條件下達到平衡時，各物質(zhì)濃度仍然相同，則N₂O₄的起始濃度應為0.1mol/L．
（ii）氨氧化制HN0₃的尾氣中含有NO和N0₂，且n（NO）：n（N0₂）=1：1，可用尿素溶液除去，其作用原理是：N0和NO與水反應生成亞硝酸，亞硝酸再與尿素反應生成對環(huán)境無污染的物質(zhì)．若用1mol尿素吸收該尾氣，則能吸收氮氧化物76 g．
（3）氨氣，CO₂在一定條件下可合成尿素，其反應為：2NH₃（g）+CO₂（g）-CO（ NH₂）₂（s）+H₂O（g）
圖2表示合成塔中氨碳比a與CO₂轉(zhuǎn)化率ω的關(guān)系．
a為[n（NH₃）/n（CO₂）]，b為水碳比[n（H₂0）/n（CO₂）]．則：
①b應控制在C；
A.1.5.1.6    B.1～1.1    C.0.6～0.7
②a應控制在4.0的理由是氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]大于4.0時，增大氨氣的物質(zhì)的量，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大，增加了生產(chǎn)成本；氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]小于4.0時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率較小．

Answer 1

分析 （1）分別根據(jù)圖象1、2、3寫出熱化學方程式，然后根據(jù)蓋斯定律來分析；
（2）（i）．①根據(jù)方程式可知，n₁=0.3mol，n₂=0.07mol，n₃=0.24mol，n₄=0.24mol，根據(jù)NO₂的平衡濃度為0.12mol/L、N₂O₄的平衡濃度為0.04mol/L來計算；
②若最初通人N₂O₄，在相同條件下達到平衡時，各物質(zhì)濃度仍然相同，即與通入0.4molNO₂達等效平衡，據(jù)此分析；
（ii）根據(jù)題目信息寫出方程式，建立關(guān)系式，然后依據(jù)關(guān)系式進行計算；
（3）①根據(jù)氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]相同時，水碳比b[n（H₂O）/n（CO₂）]為0.6～0.7時，二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大；
②根據(jù)氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]大于4.0時，增大氨氣的物質(zhì)的量，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大，增加了生產(chǎn)成本；氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]小于4.0時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率較小；

解答 解：（1）分別根據(jù)圖象1、2、3可知熱化學方程式為：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-282KJ/mol  ①
H₂（g）++$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol  ②
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-836.3KJ/mol  ③
將③-①-②×3可得：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+171.1KJ/mol，故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+171.1KJ/mol；
（2）（i）①根據(jù)方程式中物質(zhì)間的計量數(shù)關(guān)系、利用三段式可知，n₁=0.3mol，n₂=0.07mol，n₃=0.24mol，n₄=0.24mol，故在60min時反應達平衡，NO₂的平衡濃度為0.12mol/L、N₂O₄的平衡濃度為0.04mol/L，故反應的平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.04}{0.1{2}^{2}}$=2.8，故答案為：2.8；
②若最初通人N₂O₄，在相同條件下達到平衡時，各物質(zhì)濃度仍然相同，即與通入0.4molNO₂達等效平衡，而在恒溫恒容條件下，按照等量加料，則達等效平衡，故應加入0.2molN₂O₄，即0.1mol/L，故答案為：0.1mol/L；
 （ii）由題目信息可知，NO、NO₂二者混合物與水反應生成亞硝酸，反應方程式為NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；亞硝酸再與尿素反應生成CO₂和N₂，反應方程式為CO （NH₂）₂+2HNO₂=CO₂+2N₂+3H₂O．
      NO+NO₂ ～2HNO₂ ～CO（NH₂）₂
     （30+46）g            1mol
1mol尿素能吸收工業(yè)尾氣中氮氧化物（假設(shè)NO、NO₂體積比為1：1）的質(zhì)量為76g，故答案為：76；
（3）①氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]相同時，水碳比b[n（H₂O）/n（CO₂）]為0.6～0.7時，二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，故答案為：C；
②氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]大于4.0時，增大氨氣的物質(zhì)的量，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大，增加了生產(chǎn)成本；氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]小于4.0時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率較小，
故答案為：氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]大于4.0時，增大氨氣的物質(zhì)的量，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大，增加了生產(chǎn)成本；氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]小于4.0時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率較�。�

點評 本題主要考查了蓋斯定律的應用，化學平衡移動、化學平衡常數(shù)的計算等，難度不大，培養(yǎng)了學生分析問題的能力．