Question

15．氮元素及其化合物在生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用．
Ⅰ．亞硝酸（HNO₂）是一種弱酸、具有氧化性．
（1）已知：25℃時(shí)，K_a（HNO₂）=5.0×10^-4  K_b（NH₃•H₂O）=1.8×10^-5
室溫下，0.1mol•L^-1的NH₄NO₂溶液中離子濃度由大到小順序?yàn)閏（NO₂^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（2）酸性工業(yè)廢水中NO₃^-可用尿素[CO（NH₂）₂]處理，轉(zhuǎn)化為對(duì)空氣無污染的物質(zhì)，其反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為6H⁺+5CO（NH₂）₂+6NO₃^-=5CO₂↑+8N₂↑+13H₂O．
Ⅱ．工業(yè)上以NH₃、CO₂為原料生產(chǎn)尿素，該過程實(shí)際分為兩步反應(yīng)：
第一步合成氨基甲酸銨：2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（s）△H=-272kJ•mol^-1
第二步氨基甲酸銨分解：H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1
（3）寫出以NH₃、CO₂為原料合成尿素分熱化學(xué)方程式：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-134kJ•mol^-1．
（4）某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件：T℃時(shí)，在一體積為10L密閉容器中投入4molNH₃和1molCO₂
，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖1所示．
①反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量為0.26mol，則第一步的反應(yīng)速率v（CO₂）=0.0074mol/（L•min）．
②已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則在此條件下，合成尿素兩步反應(yīng)中慢反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c（H₂0）．
Ⅲ．電化學(xué)方法可用于治理空氣中的氮氧化物NO_x．
（5）如圖2是用食鹽水做電解液電解煙氣脫氮的一種原理圖，NO被陽極產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)氧化為NO₃^-，尾氣經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后排入空氣．
①電解池中NO被氧化成NO₃^-的離子方程式為3Cl₂+8OH^-+2NO=2NO₃^-+6Cl^-+4H₂O
②研究發(fā)現(xiàn)，除了電流密度外，控制電解液較低的pH有利于提高NO去除率，其原因是次氯酸鈉在酸性條件下氧化性增強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電離常數(shù)K_a（HNO₂）=5.0×10^-4  K_b（NH₃•H₂O）=1.8×10^-5判斷一水合氨的電離能力弱于亞硝酸，則銨根離子的水解能力強(qiáng)于亞硝酸根離子，溶液顯酸性，據(jù)此判斷；
（2）尿素在酸性條件下與硝酸根反應(yīng)生成二氧化碳和氮?dú)猓?br />（3）已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（s）△H=-272kJ•mol^-1
②H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：①+②可得；
（4）①反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量為0.26mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結(jié)合圖象變化趨勢(shì)進(jìn)行判斷，反應(yīng)快慢可以依據(jù)第一步和第二步反應(yīng)的曲線斜率比較大��；再根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)概念寫K，注意固體不寫入表達(dá)式；
（5）①食鹽水做電解液電解得Cl₂脫氮，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律可得反應(yīng)；
②次氯酸鈉在酸性條件下氧化性增強(qiáng)，故控制電解液較低的pH有利于提高NO去除率．

解答 解：（1）電離常數(shù)K_a（HNO₂）=5.0×10^-4  K_b（NH₃•H₂O）=1.8×10^-5，則NH₃•H₂O的電離能力較弱，相應(yīng)的銨根離子的水解能力稍強(qiáng)，溶液顯酸性，所以NH₄NO₂溶液中離子濃度由大到小順序?yàn)椋篶（NO₂^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
故答案為：c（NO₂^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（2）酸性條件下，亞硝酸根離子和尿素發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成兩種無毒氣體，根據(jù)元素守恒知，兩種無毒氣體應(yīng)該是氮?dú)夂投�氧化碳�(xì)怏w，離子反應(yīng)方程式為：6H⁺+5CO（NH₂）₂+6NO₃^-=5CO₂↑+8N₂↑+13H₂O；
故答案為：6H⁺+5CO（NH₂）₂+6NO₃^-=5CO₂↑+8N₂↑+13H₂O；
（3）已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（s）△H=-272kJ•mol^-1
②H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：①+②可得：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-134kJ•mol^-1；
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-134kJ•mol^-1；
（4）①體積為10L密閉容器中投入4molNH₃和1molCO₂，反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量為0.26mol，v（CO₂）=$\frac{（1mol-0.26mol）÷10L}{10min}$=0.0074mol/（L•min）；
故答案為：0.0074mol/（L•min）；
②由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨后不再變化，發(fā)生的是第一步反應(yīng)，氨基甲酸銨先增大再減小最后達(dá)到平衡，發(fā)生的是第二步反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二部反應(yīng)速率慢，已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，故合成尿素兩步反應(yīng)中慢反應(yīng)為H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g），根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)概念K=c（H₂0）；
故答案為：c（H₂0）；
（5）①電解食鹽水陽極產(chǎn)生氯氣作氧化劑，NO為還原劑，在堿性條件下的反應(yīng)為：3Cl₂+8OH^-+2NO=2NO₃^-+6Cl^-+4H₂O；
故答案為：3Cl₂+8OH^-+2NO=2NO₃^-+6Cl^-+4H₂O；
②次氯酸鈉在酸性條件下氧化性增強(qiáng)，故控制電解液較低的pH有利于提高NO去除率；
故答案為：次氯酸鈉在酸性條件下氧化性增強(qiáng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了了蓋斯定律求反應(yīng)熱、化學(xué)平衡速率計(jì)算及常數(shù)K的表達(dá)式、氧化還原反應(yīng)等，（5）中對(duì)電解食鹽水的產(chǎn)物判斷是關(guān)鍵，題目難度中等．