Question

氮的化合物应用广泛，但氮氧化物是重要的空气污染物，应降低其排放。

（1）用CO₂和NH₃可合成氮肥尿素[CO(NH₃)₂]

已知：①2NH₃(g)+CO₂(g)=NH₂CO₂NH₄ (s)   △H=-159.5 kJ·mol^-1

②NH₂CO₂NH₄(s)=CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)       △H=+116.5 kJ·mol^-1

③H₂O(l)=H₂O(g)                △H=+44 kJ·mol^-1

用CO₂和NH₃合成尿素（副产物是液态水）的热化学方程式为______________。

（2）工业上常用如下反应消除氮氧化物的污染：

CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)          △H

在温度为T₁和T₂时，分别将0.40molCH₄和1.0molNO₂充入体积为1L的密闭容器中，n（CH₄）随反应时间的变化如右图所示：

①根据右图判断该反应的△H________0（填“＞”、“＜”或“＝”），理由是______________。

②温度为T₁时，0～10min内NO₂的平均反应速率v（NO₂）=__________，反应的平衡常数K=___（保留三位小数）

③该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高NO₂的转化率，可采取的措施有______（填标号）。

A.改用高效催化剂           B.升高温度

C.缩小容器的体积           D.增加CH₄的浓度

（3）利用原电池反应可实现NO₂的无害化，总反应为6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O，电解质溶液为NaOH溶液，工作一段时间后，该电池正极区附近溶液pH________（填“增大”、“减小”或“不变”），负极的电极反应式为___________________。

（4）氮的一种氢化物HN₃，其水溶液酸性与醋酸相似，则NaN₃溶液中各离子浓度由大到小的顺序为________；常温下，将amol·L^-1 的HN₃与bmol·L^-1 的Ba(OH) ₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba²⁺)=c（N₃^-），则该混合物溶液呈_______（填“酸”、“碱”或“中”）性，溶液中c(HN₃)=_________ mol·L^-1。

Answer

2NH3(g) +CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O (l) < T1T1，随着温度的升高，甲烷的物质的量增加，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，即正反应方向△H<0；②前10s，消耗甲烷的物质的量为(0.4－0.3)mol=0.1mol，即消耗NO2的物质的量为2×0.1mol=0.2mol，根据化学反应速率的表达式，v(NO2)=0.2/(1×10)mol/(L·min)=0.02 mol/(L·min)， CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

起始（mol·L－1）0.4 1 0 0 0

变化： 0.3 0.6 0.3 0.3 0.6

平衡： 0.1 0.4 0.3 0.3 0.6 根据化学平衡常数的定义，K=[c2(H2O)×c(CO2)×c(N2)]/[c2(NO2)×C(CH4)]=（0.62×0.3×0.3）/(0.42×0.1)=2.025；③A、使用催化剂，只加快反应速率，对化学平衡无影响，故A错误；B、正反应方向是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，NO2的转化率降低，但化学反应速率加快，故B错误；C、缩小容器的体积，增大压强，平衡向逆反应方向进行，NO2的转化率降低，但反应速率加快，故C错误；D、增加CH4的浓度，平衡向正反应方向移动，NO2的转化率增大，化学反应速率加快，故D正确；（3）本题考查电极反应式的书写，正极上发生还原反应，化合价降低，应是NO2参与反应，因此正极反应式为2NO2＋4H2O＋8e－=N2＋8OH－，c(OH－)增大，pH增大；根据电池反应，负极反应式为2NH3-6e－+6OH－=N2 + 6H2O ；（4）醋酸属于弱酸，HN3也属于弱酸，因此N3－发生水解反应，溶液显碱性，但水解程度微弱，即离子浓度大小顺序是 c（Na＋）＞c（N3﹣）＞c（OH－）＞c（H＋）；根据溶液显电中性，即有2c(Ba2＋)＋c(H＋)=c(OH－)＋c(N3－)，因为2c(Ba2＋)=c（N3－），因此c(OH－)=c(H＋)，溶液显中性；反应后溶液的溶质为Ba(N3)2和HN3，假设溶液体积为1L，则Ba(N3)2的物质的量为bmol，则HN3的物质的量(a－2b)mol，即c(HN3)=(a－2b)2mol·L－1。

点睛：本题难点是电极反应式的书写，首先判断谁在正负极上参与反应，如本题的（3），根据原电池工作原理，正极上得到电子，化合价降低，因此NO2在正极上反应，2NO2→N2，得到电子为8mol，即有2NO2＋8e－=N2，根据电荷守恒和原子守恒，因此正极反应式为2NO2＋4H2O＋8e－=N2＋8OH－。