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(diǎn)。

（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＝-159.47kJ/mol

②NH2CO2NH4（s）＝CO（NH2）2（s）+H2O（g）；ΔH＝akJ/mol

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

則a為_____________。

（2）反應(yīng)2NH3（g）+CO2（g） CO（NH2）2（l）+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(shí)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(hào)）。

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(shí)脫氮效果最佳。若煙氣中V（NO）∶V（NO2）＝5∶1時(shí)，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(duì)脫氮效率的影響，從經(jīng)濟(jì)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(shí)又能實(shí)現(xiàn)氮固定的新型燃料電池。請(qǐng)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；

（2）①A；②氨碳比在4.5時(shí)，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；

（3）①1：1；②5%；

（4）N2+6e-+8H+=2NH4+；NH4Cl。

【解析】

試題分析：（1）①2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）；△H=-159.47kJmol-1，②NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s） +H2O（g）； △H=a kJmol-1，③2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）；△H=-86.98kJmol-1，依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律①+②=③，得到-159.47KJ/mol+a=-86.98KJ/mol，a=+72.49KJ/mol；故答案為：+72.49；

（2）①氨碳比相同時(shí)曲線Ⅰ二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大，所以生產(chǎn)中選用水碳比的數(shù)值為A；故答案為：A；

②氨碳比在4.5時(shí)，需要氨氣較多，但依據(jù)圖象分析二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大不多，工業(yè)合成氨生成工藝較復(fù)雜，提高生產(chǎn)成本；故答案為：氨碳比在4.5時(shí)，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；

（3）①當(dāng)煙氣中NO、NO2按上述反應(yīng)中系數(shù)比時(shí)脫氮效果最佳，即1：1，若煙氣中V（NO）：V（NO2）=5：1時(shí)，設(shè)通入空氣中氧氣體積為x；

則2NO+O2=2NO2

2x x 2x

=1：1，計(jì)算得到x=1，空氣體積為5，所以同溫同壓下，V（空氣）：V（NO）=1：1，故答案為：1：1；

②圖象分析可知，當(dāng)尿素濃度為5mol/L左右時(shí)，脫氮效率基本不變，所以從經(jīng)濟(jì)因素上考慮，一般選擇尿素濃度約為5%左右大達(dá)到較大的脫氮效率；故答案為：5%；

（4）以N2、H2為原料，以HCl-NH4Cl為電解質(zhì)溶液構(gòu)成新型燃料電池，正極發(fā)生還原反應(yīng)，即氮?dú)獗贿�原生成NH4+，電極反應(yīng)式為N2+6e-+8H+=2NH4+；負(fù)極是氫氣失電子生成氫離子，政績(jī)生成銨根離子在電解質(zhì)溶液中可以分離出氯化銨；故答案為：N2+6e-+8H+=2NH4+；NH4Cl。