Question

含氮化合物的研发与绿色反展、经济可持续发展有着密切关联。

（1）氨是一种重要化工原料。合成氨原料气H₂，可用天然气为原料制得，有关反应能量变化如下图所示。

则用CH₄(g)和H₂0(g)反应制得H₂(g)和CO(g)的热化学方程式为：                      。

（2）氮的氧化物有着广泛用途，又是环境的污染物。

(i)在150⁰C时，将0.4mol NO₂气体充人体积为2L的真空密闭容器中，发生反应：2NO₂(g)-N₂O₄(g)。

每隔一定时间测定容器内各物质的物质的量，数据如下表：

时间	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当反应在150⁰C达到平衡时，该反应平衡常数K=                      。（填数值）

②若最初通人N₂O₄，在相同条件下达到平衡时，各物质浓度仍然相同，则N₂O₄的起始浓度应为                  。

(ii)氨氧化制HN0₃的尾气中含有NO和N0₂，且n(NO):n(N0₂) =1:1，可用尿素溶液除去，其作用原理是：N0₂和NO与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素反应生成对环境无污染的物质。若用1mol尿素吸收该尾气，则能吸收氮氧化物                g。

（3）氨气，CO₂在一定条件下可合成尿素，其反应为：2NH₃(g)+CO₂(g)==CO( NH₂)₂(s)+H₂O(g)

右图表示合成塔中氨碳比a与CO₂转化率ω的关系。a为[n(NH₃)/n(CO₂)]，b为水碳比[n(H₂0)/n(CO₂)]。则：①b应控制在                    ；

A.1.5. 1.6    B.1～1.1    C.0.6～0.7

②a应控制在4.0的理由是                                                    。

Answer

（1）CH4(g)+H2O(g)＝CO(g)+3H2(g) △H=+171.1KJ/mol

（2）（i）①2.8 ②0.10mol/L （ii）76g

（3）①C②a等于4.0, CO2转化率迅速提高到最大值；而a在4.0之后增大，c(NH3)转化率无明显增大。

【解析】

试题分析：（1）分别根据图像1、2、3可知热化学方程式为：

CO（g）+1/2O2（g）＝CO2（g）△H=-282kJ/mol ①

H2（g）+1/2O2（g）＝H2O（g）△H=-241.8kJ/mol ②

CH4（g）+2O2（g）＝CO2（g）+2H2O（g）△H=-836.3kJ/mol ③

将③-①-②×3可得：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H＝+171.1kJ/mol；

（2）（i）①根据方程式中物质间的计量数关系、利用三段式可知，n1=0.3mol，n2=0.07mol，n3=0.24mol，n4=0.24mol，故在60min时反应达平衡，NO2的平衡浓度为0.12mol/L、N2O4的平衡浓度为0.04mol/L，故反应的平衡常数K=c(N2O4)/c2(NO2)=0.04/0.122=2.8；

②若最初通人N2O4，在相同条件下达到平衡时，各物质浓度仍然相同，即与通入0.4molNO2达等效平衡，而在恒温恒容条件下，按照等量加料，则达等效平衡，故应加入0.2molN2O4，即0.1mol/L；

（ii）由题目信息可知，NO、NO2二者混合物与水反应生成亚硝酸，反应方程式为NO+NO2+H2O＝2HNO2；亚硝酸再与尿素反应生成CO2和N2，反应方程式为CO(NH2)2+2HNO2＝CO2+2N2+3H2O。

NO+NO2 ～2HNO2 ～CO(NH2)2

（30+46）g 1mol

1mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物（假设NO、NO2体积比为1：1）的质量为76g；

（3）①氨碳比a [n(NH3)/n(CO2)]相同时，水碳比b[n(H20)/n(CO2)]为0.6～0.7时，二氧化碳转化率最大，故答案为：C；

②氨碳比a [n(NH3)/n(CO2)]大于4.0时，增大氨气的物质的量，二氧化碳的转化率增加不大，增加了生产成本；氨碳比a [n(NH3)/n(CO2)]小于4.0时，二氧化碳的转化率较小。

考点：考查盖斯定律的应用，化学平衡移动、化学平衡常数的计算等