Question

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(l)＋H₂O(g)在合成塔中進(jìn)行。下圖中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。

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下圖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）下圖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

20．（14分）
（1）＋72.49（2分）
（2）①A （2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（2分）
（3）①1∶1（2分）   ②5（±0.2）% （2分）
（4）N₂＋6e^—＋8H⁺＝2NH₄⁺（2分）    NH₄Cl（2分）

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 mo，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∶1
②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。