Question

氮及其化合物在生活和生产中应用广泛。

(1)合成氨用的H₂可以CH₄为原料制得。有关化学反应的能量变化如下图所示。则CH₄(g) 与H₂O(g)反应生成CO(g)和H₂(g)的热化学方程式为________________________________________________。

(2)氨气制取尿素[CO(NH₂)₂]的合成塔中发生反应：2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(l)＋H₂O(g)。下图为合成塔中不同氨碳比a[n(NH₃)/n(CO₂)]和水碳比b[n(H₂O)/n(CO₂)]＝1时二氧化碳转化率(x%)的曲线图。请画出在相同条件下，a＝3.5～4.5范围内，b[n(H₂O)/n(CO₂)]＝1.5时的二氧化碳转化率(x%)的曲线图。_______。

(3)叠氮酸钠(NaN₃)常用于汽车安全气囊中，工业生产NaN₃主要是在175 ℃时把NaNO₃粉末加到熔化的NaNH₂中，此外还生成两种常见的碱性物质，请写出上述过程的化学方程式：__________________。

(4)叠氮酸(HN₃)是一种一元弱酸，在水溶液中存在：HN₃H^＋＋N，常温下将a mol NaN₃加入到b L c mol·L^－1的HN₃溶液中，所得溶液呈中性，计算该温度下HN₃的电离平衡常数K_a＝____________(用含字母的代数式表示，忽略溶液体积变化)。

(5)羟胺NH₂OH可以看作是NH₃分子内的一个氢原子被羟基取代的衍生物。以硝酸、硫酸水溶液作电解质进行电解，在汞电极上NO可转化为NH₂OH，以铂为另一极，则该电解反应的总化学方程式为_____________________________________________________________。

Answer

CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝161.1 kJ·mol－1 )NaNO3＋3NaNH2===NaN3＋3NaOH＋NH3 ↑ 2HNO3＋2H2O2NH2OH＋3O2↑

【解析】本题以氮及其化合物考查化学反应原理，涉及的考点有盖斯定律、热化学方程式的书写、平衡常数的计算、电极反应式的书写等。（1）图1、图2、图3写出热化学方程式分别为：①CO（g）+O2（g）═CO2（g）△H=-282kJ•mol-1 ②H2（g）+O2（g）═H2O（g）△H=-241.8kJ•mol-1③CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=-846.3kJ•mol-1，由③-（①+②×3）得：CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+161.1kJ•mol-1，故答案为：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝+161.1 kJ·mol－1；(2) 当水碳比由1增大到1.5时，结合方程式2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(l)＋H2O(g)，平衡向逆向移动，二氧化碳转化率降低，故其在相同条件下，a＝3.5～4.5范围内，b[n(H2O)/n(CO2)]＝1.5时的二氧化碳转化率(x%)的曲线图为：；(3) 175 ℃时把NaNO3粉末加到熔化的NaNH2中制备NaN3，还生成两种常见的碱性物质为NaOH和NH3，化学反应方程式为：NaNO3＋3NaNH2===NaN3＋3NaOH＋NH3 ↑；(4) 溶液呈中性，c(H+)=10-7，因电离是微弱的，则c(N)==，c(HN3)= c mol·L－1，Ka＝==；(5)由题意可知阴极反应物为NO3—，产物为NH2OH，阳极产物为氧气，故电解反应为2HNO3＋2H2O2NH2OH＋3O2↑。

点睛：考查盖斯定律的应用、化学平衡的计算及平衡状态的判断等，其中盖斯定律的基本使用方法：①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”。