Question

【題目】氮氧化物(主要為NO和NO2)是大氣污染物，如何有效地消除氮氧化物的污染是目前科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

（1）用尿素[CO(NH2)2]吸收氮氧化物是一種可行的方法。

①尿素在高溫條件下與NO2反應(yīng)轉(zhuǎn)化成無(wú)毒氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___。用尿素溶液也可吸收氮氧化物，研究表明，當(dāng)混合氣體中=1時(shí)，總氮還原率最高，隨著，比值增大，總氮還原率降低的主要原因是___。

②在一個(gè)體積為1L的恒容密閉容器中充入1molCO2和1molNH3，在恒定溫度下使其發(fā)生反應(yīng)2NH3(g)+CO2(g)NH2CONH2(s)+H2O(g) △H＜0并達(dá)到平衡，混合氣體中氨氣的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化如圖所示。

則A點(diǎn)時(shí)v正(CO2)___(填“＞”“＜”或“=”)B點(diǎn)時(shí)v正(CO2)，原因是___。B點(diǎn)時(shí)，NH3的轉(zhuǎn)化率為___。

③下列有關(guān)反應(yīng)2NH3(g)+CO2(g)CO（NH2)2(s)+H2O(g)的說(shuō)法正確的是___。

A.分離出少量的尿素，NH3的轉(zhuǎn)化率將增大

B.反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，降低反應(yīng)體系的溫度，CO2的濃度減小

C.NH3的轉(zhuǎn)化率始終等于CO2的轉(zhuǎn)化率

D.加入有效的催化劑能夠提高尿素的產(chǎn)率

（2）已知O3氧化氮氧化物的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=akJ·mol-1

NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H2=bkJ·mol-1

6NO2(g)+O3(g)=3N2O5(g) △H3=ckJ·mol-1

則反應(yīng)4NO2(g)+O2(g)=2N2O5(g)△H=___(用含a、b、c的代數(shù)式表示)kJ·mol-1。

（3）氮氧化物也可用堿液吸收。若NO和NO2的混合氣體被NaOH溶液完全吸收，只生成一種鹽，則該鹽的化學(xué)式為___；已知常溫下Ka(HNO2)=5×10-4，則反應(yīng)HNO2(aq)+NaOH(aq)NaNO2(aq)+H2O(l)的平衡常數(shù)K=___。

Answer 1

【答案】4CO(NH2)2+6NO27N2+4CO2+8H2O NO不溶于水，難與尿素反應(yīng) > 由A點(diǎn)到B點(diǎn)，溫度不變，氨氣的體積分?jǐn)?shù)減小，正反應(yīng)速率減小 75% B NaNO2 5×1010

【解析】

(1)①尿素[CO(NH2)2]在高溫條件下與與NO2反應(yīng)轉(zhuǎn)化成無(wú)毒氣體，即生成氮?dú)�、二氧化碳和水，根�?jù)NO不溶于水、和水不反應(yīng)性質(zhì)解答；

②利用三段式，求解NH3的轉(zhuǎn)化率；

③根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理解答；

(2)利用蓋斯定律求解△H；

(3)根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律推測(cè)生成物；化學(xué)平衡常數(shù)k定義：化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪積與反應(yīng)物濃度冪積之比，結(jié)合Kw的關(guān)系式解答。NO和NO2混合氣體被NaOH溶液完全吸收，只生成一種鹽，該反應(yīng)中只有N元素化合價(jià)發(fā)生變化，且NO中N元素化合價(jià)為+2、NO2中N元素化合價(jià)為+4，則生成的鹽中N元素化合價(jià)為+3價(jià)，即亞硝酸鹽。

(1)①尿素[CO(NH2)2]在高溫條件下與NO反應(yīng)轉(zhuǎn)化成三種無(wú)毒氣體，可生成N2、CO2和水，反應(yīng)的方程式為4CO(NH2)2+6NO27N2+4CO2+8H2O；由于NO不溶于水，和水不反應(yīng)，所以氮氧化物氣體中NO的體積分?jǐn)?shù)越大，總氮還原率降低；

②恒溫條件下，A點(diǎn)氨氣體積分?jǐn)?shù)大于B的氨氣體積分?jǐn)?shù)，說(shuō)明A點(diǎn)未達(dá)到平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行，B點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)，則A到B的反應(yīng)過(guò)程中，氨氣的體積分?jǐn)?shù)減小，正反應(yīng)速率逐漸減小，有A點(diǎn)v正(CO2)＞B點(diǎn)時(shí)v正(CO2)；

設(shè)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)反應(yīng)了2xmolNH3，有

NH3的體積分?jǐn)?shù)為20%，則，求得x=mol，則NH3的轉(zhuǎn)化率為；

③有關(guān)反應(yīng)2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)的說(shuō)法；

A．尿素是固體，濃度是個(gè)定值，分離出尿素，濃度不改變，化學(xué)反應(yīng)速率不變，平衡不移動(dòng)，A錯(cuò)誤；

B．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動(dòng)，CO2的濃度減小，B正確；

C．根據(jù)上問(wèn)的分析，設(shè)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)反應(yīng)了2xmolNH3，NH3的轉(zhuǎn)化率等于，CO2的轉(zhuǎn)化率等于，轉(zhuǎn)化率不相等，C錯(cuò)誤；

D．催化劑能夠?qū)�加快化學(xué)反應(yīng)速率，但不能使平衡發(fā)生移動(dòng)，不能提高尿素的產(chǎn)率，D錯(cuò)誤。

答案選B；

(2)①2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H1=akJ·mol-1

②NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H2=bkJ·mol-1

③6NO2(g)+O3(g)=3N2O5(g) △H3=ckJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律(①＋2×③－2×②)得反應(yīng)4NO2(g)+O2(g)=2N2O5(g)，可知△H=(△H1＋2×△H3－2×△H2)=(a+2c-2b)；

(3)NO和NO2混合氣體被NaOH溶液完全吸收，只生成一種鹽，反應(yīng)中只有N元素化合價(jià)發(fā)生變化，且這兩種氧化物得失電子相等，NO中N元素化合價(jià)為+2、NO2中N元素化合價(jià)為+4，則生成的鹽中N元素化合價(jià)為+3價(jià)，為亞硝酸鹽，化學(xué)式為NaNO2。反應(yīng)HNO2(aq)+NaOH(aq)NaNO2(aq)+H2O(l)的平衡常數(shù)（由于Na＋實(shí)際上沒(méi)有參與反應(yīng)過(guò)程，因此沒(méi)有出現(xiàn)在表達(dá)式中。），上下同時(shí)乘以c(H+),有，帶入數(shù)據(jù)可得。