Question

8．I．碳和氮的化合物與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)．
（1）有機(jī)物加氫反應(yīng)中鎳是常用的催化劑．但H₂中一般含有微量CO會使催化劑鎳中毒，在反應(yīng)過程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，為搞清該方法對催化劑的影響，查得資料：

則：①不用通入O₂氧化的方法除去CO的原因是避免O₂與Ni反應(yīng)再使其失去催化作用．
②SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ/mol．
（2）汽車尾氣中含大量CO和氮氧化物（NOx）等有毒氣體．
①活性炭處理NO的反應(yīng)：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1（a＞0）若使NO更加有效的轉(zhuǎn)化為無毒尾氣排放，以下措施理論上可行的是b．


b
a．增加排氣管長度                b．增大尾氣排放口
c．添加合適的催化劑              d．升高排氣管溫度
②在排氣管上添加三元催化轉(zhuǎn)化圖Ⅲ裝置，CO能與氮氧化物（NO_x）反應(yīng)生成無毒尾氣，其化學(xué)方程式是2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂．
Ⅱ．氮元素和碳元素一樣也存在一系列氫化物并有廣泛應(yīng)用．例如：NH₃、N₂H₄、N₃H₅、N₄H₆…．
（1）寫出該系列氫化物的通式：NnHn+2（n≥2）；．
（2）已知NH₃為一元堿，N₂H₄為二元堿，N₂H₄在水溶液中的一級電離方程式可表示為N₂H₄•H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，試寫出N₂H₄的二級電離方程式：N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-．

（3）用氨氣制取尿素[CO（NH₂）₂]的反應(yīng)為：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H＜0某溫度下，向容積為100L的密閉容器中通入4mol NH₃和2molCO₂，該反應(yīng)進(jìn)行到40s時達(dá)到平衡，此時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%．該溫度下此反應(yīng)平衡常數(shù)K的值為2500．圖中的曲線表示該反應(yīng)在前25s內(nèi)的反應(yīng)進(jìn)程中的NH₃濃度變化．若反應(yīng)延續(xù)至70s，保持其它條件不變情況下，請在圖2中用實(shí)線畫出使用催化劑時該反應(yīng)的進(jìn)程曲線．

Answer 1

分析 I．（1）①Ni能與氧氣反應(yīng)也會導(dǎo)致其中毒，據(jù)此解答即可；
②由圖I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由圖II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
（i）-（ii）利用蓋斯定律進(jìn)行計算即可；
（2）①依據(jù)此反應(yīng)特點(diǎn)判斷即可；
②根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件及質(zhì)量守恒定律的兩個原則，寫出正確的化學(xué)方程式；
Ⅱ、（1）根據(jù)氮原子和氫原子個數(shù)之間的關(guān)系確定氫化物的通式；
（2）N₂H₄是二元弱堿，可分別發(fā)生N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-、N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-兩步電離；
（3）依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念寫出表達(dá)式，注意尿素是固體；根據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算平衡濃度，計算平衡常數(shù)；依據(jù)催化劑的作用畫出圖象．

解答 解：I．（1）①Ni能與氧氣反應(yīng)也會導(dǎo)致其中毒，故答案為：避免O₂與Ni反應(yīng)再使其失去催化作用；
②由圖I可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
由圖II可知，S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
（i）-（ii）得：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-563-（-298）=-270kJ•mol^-1，故答案為：-270kJ/mol；
（2）①C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H=-a kJ•mol^-1，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且為氣體體積不變的反應(yīng)，a．增加排氣管長度，不能改變NO的轉(zhuǎn)化率，故a錯誤；
b．增大尾氣排放口，相當(dāng)于移出部分氮?dú)夂投�氧化碳�(xì)怏w，利于平衡右移，故b正確；
c．添加合適的催化劑，只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不會增加NO的轉(zhuǎn)化率，故c錯誤；
d．升高排氣管溫度，溫度升高，平衡左移，不利于NO轉(zhuǎn)化，故d錯誤；故選b；
②反應(yīng)物是一氧化碳和NO_x，生成物無毒，故生成物之一是氮?dú)夂投�氧化碳，根�?jù)反應(yīng)前后元素種類不變，化學(xué)方程式為：2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂，
故答案為：2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂；
Ⅱ、（1）根據(jù)氮原子和氫原子個數(shù)之間的關(guān)系：氫原子個數(shù)比氮原子個數(shù)多2，所以通式表示為：NnHn+2（n≥2），故答案為：NnHn+2（n≥2）；
（2）N₂H₄是二元弱堿，可分別發(fā)生N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-、N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-，故答案為：N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-；
（3）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）．依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念寫出平衡常數(shù)K=$\frac{c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}$，向容積為100L的密閉容器中通入4mol NH₃和2molCO₂，該反應(yīng)進(jìn)行到40s時達(dá)到平衡，反應(yīng)達(dá)到平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，消耗二氧化碳濃度0.02mol/L×50%=0.01mol/mol；
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 0.04 0.02 0 0
變化量（mol/L） 0.02 0.01 0 0.01
平衡量（mol/L） 0.02 0.01 0 0.01
K=$\frac{c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}$=$\frac{0.01}{0.02{\;}^{2}×0.01}$=2500L²•mol^-2
如圖2中的曲線表示該反應(yīng)在前25s內(nèi)的反應(yīng)進(jìn)程中的NH₃濃度變化．若反應(yīng)延續(xù)至70s，保持其它條件不變情況下，在圖中用實(shí)線畫出使用催化劑時，改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，該反應(yīng)的進(jìn)程曲線為，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在橫坐標(biāo)40之前，縱坐標(biāo)必需在20的線上，如圖為，
故答案為：2500；．

點(diǎn)評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫方法，化學(xué)平衡影響因素分析，弱電解質(zhì)的電離等綜合知識的考查，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．