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氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。 (1)以CO2与NH3为原...

氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。

(1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:

①2NH3g)+CO2g)=NH2CO2NH4s);ΔH=-159.47 kJ·mol-1

②NH2CO2NH4s)=CO NH22s)+H2Og);ΔH=a kJ·mol-1

③2NH3g)+CO2g)=CONH22s)+H2Og);ΔH=-86.98 kJ·mol-1则a为               

(2)反应2NH3g)+CO2g)CONH22l)+H2Og) 在合成塔中进行。下图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比 [nNH3)/nCO2)]和水碳比[nH2O)/nCO2)]投料时二氧化碳转化率的情况。

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值分别为:              

A.0.6~0.7       B.1~1.1        C.1.5~1.61

生产中应选用水碳比的数值为                (选填序号)。

②生产中氨碳比宜控制在4.0左右,而不是4.5的原因可能是                

(3)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺,其反应原理为:

NO+NO2+H2O=2HNO22HNO2+CONH22=2N2↑+CO2↑+3H2O。

①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳。若烟气中VNO)∶VNO2)=5∶1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V空气)∶VNO)=              (空气中氧气的体积含量大约为20%)。

②图2是尿素含量对脱氮效率的影响,从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为            %。

(4)图3表示使用新型电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量,同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式             

 

 

(1)+72.49(2分) (2)①A(2分)②氨碳比在4.5时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本(2分) (3)①1∶1(2分)②5(±0.2)%(2分)(4)N2+6e—+8H+=2NH4+(2分) 【解析】 试题分析:(1)根据盖斯定律,方程式③=②+①,反应热也进行相应运算,求得a为+72.49; (2)①水碳比的数值在 0.6~0.7 范围进转化率提升更快,答案选A;②由图像分析可以看出,氨碳比在4.5时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本,不符合经济效益。 (3)①烟气中V(NO)∶V(NO2)=5∶1,假设NO为5mol,那么NO2为1 mo,根据NO+NO2+H2O=2HNO2 这个反应,只有两者物质的量相同时才能完全被吸收,这时需要O2,根据2NO+ O2=2NO2,可知应该有2molNO参加反应生成2mol NO2,这个过程需要O21 mol,而空气中氧气的体积含量大约为20%,要提供O21 mol需要空气物质的量为5mol,所以V(NO)∶V(空气)=1∶1;②由图像可以看出当尿素浓度在5左右时转化率已经比较高了,如果浓度再增大时转化率提高不明显,所以答案填5(±0.2)%都算正确。 (4)根据氧化还原反应原理,由于N2、H2为电极反应物,正极反应元素化合价应该降低,得到电子,首先确定N2参与正极反应,再根据电解质溶液情况产物应该为NH4+,从电子守恒和电荷守恒及原子个数守恒三个角度可以确定其电极反应式为N2+6e—+8H+=2NH4+。 考点:考查反应热计算、外界条件对反应速率和平衡状态的影响阴极电极反应式书写  
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考点分析:
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纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注,下表为制取Cu2O的三种方法:

方法Ⅰ

用炭粉在高温条件下还原CuO

方法Ⅱ

用肼(N2H4)还原新制CuOH)2

方法Ⅲ

电解法:2Cu+H2OCu2O+H2

已知:2Cus)+1/2O2g)=Cu2Os)△H=-akJ·mol-1

C(s)+1/2O2g)=COg);△H=-bkJ·mol-1

Cu(s)+1/2O2g)=CuO(s);△H=-ckJ·mol-1

则方法发生的反应:2CuO(s)+C(s)=Cu2Os)+COg)  △H =           kJ·mol-1

(1)工业上很少用方法Ⅰ制取Cu2O是由于方法Ⅰ反应条件不易控制,若控温不当,会降低Cu2O产率,请分析原因:                        

(2)方法Ⅱ为加热条件下用液态肼(N2H4)还原新制CuOH)2来制备纳米级Cu2O,同时放出N2。该制法的化学方程式为                      

(3)方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH的浓度而制备纳米Cu2O,装置如图所示,写出电极反应式:阴极                ;阳极            

(4)在相同的密闭容器中,用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验:2H2Og) 2H2g)+ O2g) ⊿H >0,水蒸气的浓度(mol·L-1)随时间t min)变化如下表所示:

序号

Cu2Oa克

温度

0

10

20

30

40

50

方法Ⅱ

T1

0.050

0.0492

0.0486

0.0482

0.0480

0.0480

方法Ⅱ

T1

0.050

0.0488

0.0484

0.0480

0.0480

0.0480

方法Ⅲ

T2

0.10

0.094

0.090

0.090

0.090

0.090

下列叙述正确的是           填字母代号)。

a.实验的温度T2小于T1

b.实验①前20 min的平均反应速率vO2)=7×10-5 mol·L-1 min-1

c.实验②比实验①所用的催化剂催化效率高

d.实验①、②、③的化学平衡常数的关系:K1=K2<K3

 

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氨气常用作致冷剂及制取铵盐和氮肥,是一种用途广泛的化工原料。

(1)下图是当反应器中按按nN2):nH2)=1:3投料后,在200℃、400℃、600℃下,反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线。

①曲线a对应的温度是            

②关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是           (填字母)。

A.及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率

B.加催化剂能加快反应速率且提高H2的平衡转化率

C.上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是KM)= KQ) >KN)

③ M点对应的H2转化率是              

(2)工业制硫酸的尾气中含较多的SO2,为防止污染空气,回收利用SO2,工业上常用氨水吸收法处理尾气。当氨水中所含氨的物质的量为3 mol ,吸收标准状况下44.8 L SO2时,溶液中的溶质为            

(3)氨气是一种富氢燃料,可以直接用于燃料电池,下图是供氨水式燃料电池工作原理:

①氨气燃料电池的电解质溶液最好选择            (填“酸性”、“碱性”或“中性”)溶液。

②空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是                

③氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水,该电池正极的电极反应方程式                          

 

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20号主族元素AB、、CDEF的原子序数依次增大,它们的原子核最外层电子数之和为18A的原子半径为自然界最小,BF为同一主族,E为地壳中含量最多的金属元素,F原子最外层与最内曾电子数相等,CD可以形成两种常见化合物。是回答以下问题:

1)写出FC2的电子式         FC2A2D反应的化学方程式为           

2ACD三种元素形成的化合物C2A4D2中一定含有                 。(填离子键极性共价键非极性共价键

3)由DEF形成的简单离子的离子半径由大到小的顺序是                。(用元素离子符号表示)

4)元素B的性质与元素E的性质很相似,写出下列反应的离子方程式:

单质B与氢氧化钠溶液反应:                 

B的氧化物与氢氧化钠溶液反应:              

 

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在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:已知N2g)+3H2g)2NH3g)△H=-92.4kJ•mol-1

容器

反应物的投入量

1molN2、3molH2

2molNH3

4molNH3

NH3的浓度mol•L-1

c1

c2

c3

反应的能量变化

放出akJ

吸收bkJ

吸收ckJ

体系的压强Pa)

p1

p2

p3

反应物的转化率

a1

a2

a3

下列说法正确的是

A.2c1>c3          B.a+b=92.4       C.2p2<p3        D.α13=1

 

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某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL,平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉,最多能溶解9.6  g。向另一份中逐渐加入铁粉,产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析或结果错误的是

A.原混合酸中NO3-物质的量为0.1 mol

B.OA段产生的是NO,AB段的反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+,BC段产生氢气

C.第二份溶液中最终溶质为FeSO4

D.H2SO4浓度为2.5 mol·L-1

 

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