Question

15．NH₃是一種重要的化工產(chǎn)品，可用于生產(chǎn)尿素[CO（NH₂）₂]、處理煙氣等．
Ⅰ．工業(yè)上合成尿素的反應(yīng)：
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （g）△H
（1）已知合成尿素的反應(yīng)分兩步進(jìn)行：
2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁
NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O （g）△H₂
其能量變化曲線如圖1所示，則△H、△H₁和△H₂由小到大的順序?yàn)椤鱄₁＜△H＜△H₂．
（2）某實(shí)驗(yàn)小組為了模擬工業(yè)上合成尿素，在恒溫恒容的真空密閉容器中充入一定量的CO₂和NH₃發(fā)生反應(yīng)：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （g），反應(yīng)過程中混合氣體中NH₃的體積分?jǐn)?shù)如圖2所示．
①A點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v逆（CO₂）＜B點(diǎn)的正反應(yīng)速率v正（CO₂）． （填“＞”、“＜”或“=”）
②下列能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是bc（填代號(hào)）．
a． NH₃、CO₂、H₂O的分子數(shù)之比為2：1：1      b．體系的壓強(qiáng)保持不變
c．單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol CO₂同時(shí)生成2mol NH₃  d．2v正（NH₃）=v逆（H₂O）
③對(duì)于有氣體參與的反應(yīng)，平衡常數(shù)Kp可用氣體組分（B）的平衡分壓p（B）代替該氣體的物質(zhì)的量濃度c（B）．實(shí)驗(yàn)測得體系平衡時(shí)的壓強(qiáng)為 10MPa，列式計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=0.15（提示：寫出Kp的表達(dá)式再代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分壓=總壓×體積分?jǐn)?shù)）．
④L（L₁、L₂），X可分別代表壓強(qiáng)或溫度．圖3表示L一定時(shí)，該反應(yīng)CO₂（g）的平衡轉(zhuǎn)化率隨X的變化關(guān)系．X代表的物理量為溫度．判斷L₁、L₂的大小關(guān)系，并簡述理由：L₁＞L₂；該反應(yīng)正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大．
Ⅱ．煙氣中的NOx必須脫除（即脫硝）后才能排放：
（3）圖4是一種用NH₃脫除煙氣中 NO的原理．該脫硝反應(yīng)中，氧化劑是NO和O₂ （填化學(xué)式）．
（4）利用反應(yīng)8NH₃+6NO₂═7N₂+12H₂O構(gòu)成原電池，也能消除煙氣的排放，同時(shí)還能充分利用化學(xué)能，裝置如圖5所示．則電極b為正極；a電極的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+60H^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)能量圖可以分析，2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）為放熱反應(yīng)，所以△H＜0，2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）為放熱反應(yīng)，所以△H₁
＜0，并且△H₁＜△H＜0，NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）為吸熱反應(yīng)，所以△H₂＞0，據(jù)此分析；
（2）①圖象分析氨氣的體積分?jǐn)?shù)從50%變化為20%后體積分?jǐn)?shù)保持不變，說明B點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說明反應(yīng)正向進(jìn)行達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于B點(diǎn)的正反應(yīng)速率；
②當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，以此進(jìn)行判斷；
③根據(jù)圖2可知，CO₂和NH₃的體積分?jǐn)?shù)各占50%，設(shè)起始CO₂和NH₃各為amol，轉(zhuǎn)化的二氧化碳為bmol，
      2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （g），
起始  a         a                          0
轉(zhuǎn)化  2b        b                          b
平衡a-2b       a-b                         b
則圖可知：$\frac{a-2b}{a-2b+a-b+b}$=20%，所以a=$\frac{8}{3}$b，據(jù)此計(jì)算出平衡時(shí)各氣體的體積分?jǐn)?shù)，再根據(jù)平衡常數(shù)Kp=$\frac{p（{H}_{2}O）}{{p}^{2}（NH{\;}_{3}）p（CO{\;}_{2}）}$計(jì)算；
④該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，如果增大壓強(qiáng)，轉(zhuǎn)化率大，據(jù)此判斷；
（3）根據(jù)圖可知，用NH₃脫除煙氣中 NO的原理中，氮的化合價(jià)和氧氣中氧的化合價(jià)都降低，據(jù)此判斷；
（4）反應(yīng)8NH₃+6NO₂═7N₂+12H₂O構(gòu)成原電池中，氨氣是還原劑在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化氮是氧化劑，在正極發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此答題．

解答 解：（1）根據(jù)能量圖可以分析，2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）為放熱反應(yīng)，所以△H＜0，2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）為放熱反應(yīng)，所以△H₁＜0，并且△H₁＜△H＜0，NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）為吸熱反應(yīng)，所以△H₂＞0，所以△H₂＞△H＞△H₁，
故答案為：△H₁＜△H＜△H₂；
（2）①氨氣的體積分?jǐn)?shù)從50%變化為20%后體積分?jǐn)?shù)保持不變，說明B點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說明反應(yīng)正向進(jìn)行達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于B點(diǎn)的正反應(yīng)速率，故v_正（CO₂）＞v_逆（CO₂），
故答案為：＜；
②a．NH₃、CO₂、H₂O的分子數(shù)之比與起始的各物質(zhì)的物質(zhì)的量有關(guān)，所以NH₃、CO₂、H₂O的分子數(shù)之比為2：1：1，無法判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，反應(yīng)過程中壓強(qiáng)減小，所以當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故b正確；
c．單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol CO₂同時(shí)生成2mol NH₃，說明正逆反應(yīng)速率相等，所以反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故c正確；
d．2v正（NH₃）=v逆（H₂O），說明逆反應(yīng)速率大于 正反應(yīng)速率，所以生未處于平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；
故選：bc；
③根據(jù)圖2可知，CO₂和NH₃的體積分?jǐn)?shù)各占50%，設(shè)起始CO₂和NH₃各為amol，轉(zhuǎn)化的二氧化碳為bmol，
      2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （g），
起始  a         a                          0
轉(zhuǎn)化  2b        b                          b
平衡a-2b       a-b                         b
則圖可知：$\frac{a-2b}{a-2b+a-b+b}$=20%，所以a=$\frac{8}{3}$b，所以平衡時(shí)CO₂、NH₃、H₂O的體積分?jǐn)?shù)分別為50%、20%、30%，平衡常數(shù)Kp=$\frac{p（{H}_{2}O）}{{p}^{2}（NH{\;}_{3}）p（CO{\;}_{2}）}$=
$\frac{10×30%}{（{10×20%）}^{2}×10×50%}$=0.15，
故答案為：0.15；
④由圖可知，X越大，轉(zhuǎn)化率越低，該反應(yīng)正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，如果增大壓強(qiáng)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大，所以X表示溫度，溫度升高，轉(zhuǎn)化率下降，平衡逆向移動(dòng)，增大壓強(qiáng)，轉(zhuǎn)化率大，所以L₁＞L₂，
故答案為：溫度；L₁＞L₂；該反應(yīng)正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大；
（3）氮根據(jù)圖可知，用NH₃脫除煙氣中 NO的原理中，氮的化合價(jià)和氧氣中氧的化合價(jià)都降低，所以氧化劑為NO和O₂，
故答案為：NO和O₂；
（4）反應(yīng)8NH₃+6NO₂═7N₂+12H₂O構(gòu)成原電池中，氨氣是還原劑在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以a為負(fù)極，電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+60H^-=N₂+6H₂O，二氧化氮是氧化劑，在正極發(fā)生還原反應(yīng)，所以b為正極，
故答案為：正；2NH₃-6e^-+60H^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的移動(dòng)原理、氧化還原反應(yīng)、原電池的電極反應(yīng)等知識(shí)，綜合性較大，難度中等．