Question

【題目】氮的化合物合成、應(yīng)用及氮的固定一直是科學(xué)研究的熱點。

（1）以CO2與NH3為原料合成化肥尿素的主要反應(yīng)如下：

①2NH3（g）＋CO2（g）＝NH2CO2NH4（s）；ΔH＝－159.47 kJ·mol－1

②NH2CO2NH4（s）＝CO（NH2）2（s）＋H2O（g）；ΔH＝a kJ·mol－1

③2NH3（g）＋CO2（g）＝CO（NH2）2（s）＋H2O（g）；ΔH＝－86.98 kJ·mol－1

則a為 。

（2）反應(yīng)2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g） 在合成塔中進(jìn)行。下圖1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三條曲線為合成塔中按不同氨碳比 [n（NH3）/n（CO2）]和水碳比[n（H2O）/n（CO2）]投料時二氧化碳轉(zhuǎn)化率的情況。

圖1 圖2 圖3

①曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的數(shù)值分別為：

A. 0.6～0.7 B. 1～1.1 C. 1.5～1.61

生產(chǎn)中應(yīng)選用水碳比的數(shù)值為 （選填序號）。

②生產(chǎn)中氨碳比宜控制在4.0左右，而不是4.5的原因可能是 。

（3）尿素可用于濕法煙氣脫氮工藝，其反應(yīng)原理為：

NO＋NO2＋H2O＝2HNO2；2HNO2＋CO（NH2）2＝2N2↑＋CO2↑＋3H2O。

①當(dāng)煙氣中NO、NO2按上述反應(yīng)中系數(shù)比時脫氮效果最佳。若煙氣中V（NO）∶V（NO2）＝5∶1時，可通入一定量的空氣，同溫同壓下，V（空氣）∶V（NO）＝ （空氣中氧氣的體積含量大約為20%）。

②圖2是尿素含量對脫氮效率的影響，從經(jīng)濟因素上考慮，一般選擇尿素濃度約為 %。

（4）圖3表示使用新型電極材料，以N2、H2為電極反應(yīng)物，以HCl－NH4Cl為電解質(zhì)溶液制造出既能提供能量，同時又能實現(xiàn)氮固定的新型燃料電池。請寫出該電池的正極反應(yīng)式 。生產(chǎn)中可分離出的物質(zhì)A的化學(xué)式為 。

Answer 1

【答案】（1）＋72.49（1分）

（2）①A（1分）②氨碳比在4.5時，NH3的量增大較多，而CO2的轉(zhuǎn)化率增加不大，提高了生產(chǎn)成本（1分）

（3）①1∶1（2分）②5（±0.2）%（1分）

（4）N2＋6e—＋8H+＝2NH4+ （1分） NH4Cl（1分）

【解析】

試題分析：

（1）根據(jù)蓋斯定律，方程式③＝②+①，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)運算，求得a為+72.49；

（2）①水碳比的數(shù)值在 0.6～0.7 范圍進(jìn)轉(zhuǎn)化率提升更快，所以選A；②由圖像分析可以看出，氨碳比在4.5時，NH3的量增大較多，而CO2的轉(zhuǎn)化率增加不大，提高了生產(chǎn)成本，不符合經(jīng)濟效益。

（3）①煙氣中V（NO）∶V（NO2）＝5∶1，假設(shè)NO為5mol，那么NO2為1 mol，根據(jù)NO＋NO2＋H2O＝2HNO2 這個反應(yīng)，只有兩者物質(zhì)的量相同時才能完全被吸收，這時需要O2，根據(jù)2NO+ O2＝2NO2，可知應(yīng)該有2molNO參加反應(yīng)生成2mol NO2，這個過程需要O21 mol，而空氣中氧氣的體積含量大約為20%，要提供O21 mol需要空氣物質(zhì)的量為5mol，所以V（NO）∶V（空氣）＝1∶1②由圖像可以看出當(dāng)尿素濃度在5左右時轉(zhuǎn)化率已經(jīng)比較高了，如果濃度再增大時轉(zhuǎn)化率提高不明顯，所以答案填5（±0.2）%都算正確。

（4）根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，由于N2、H2為電極反應(yīng)物，正極反應(yīng)元素化合價應(yīng)該降低，得到電子，首先確定N2參與正極反應(yīng)，再根據(jù)電解質(zhì)溶液情況產(chǎn)物應(yīng)該為NH4+，從電子守恒和電荷守恒及原子個數(shù)守恒三個角度可以確定其電極反應(yīng)式為N2＋6e—＋8H+＝2NH4+， 由于電池工作中有NH4Cl生成，所以生產(chǎn)中可分離出的物質(zhì)為NH4Cl。