Question

（2013?江蘇二模）氮的化合物合成、應用及氮的固定一直是科學研究的熱點．
（1）以CO₂與NH₃為原料合成化肥尿素的主要反應如下：
①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）；△H=-159.47kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=a kJ?mol^-1
③2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=-86.98kJ?mol^-1
則a為

+72.49

．
（2）反應2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g） 在合成塔中進行．圖1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)中應選用水碳比的數(shù)值為

A

（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

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

．
（3）尿素可用于濕法煙氣脫氮工藝，其反應原理為：
NO+NO₂+H₂O=2HNO₂      2HNO₂+CO（NH₂）₂=2N₂↑+CO₂↑+3H₂O．
①當煙氣中NO、NO₂按上述反應中系數(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）=

1：1

（空氣中氧氣的體積含量大約為20%）．
②圖2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

5

%．
（4）圖3表示使用新型電極材料，以N₂、H₂為電極反應物，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式

N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺

．生產(chǎn)中可分離出的物質(zhì)A的化學式為

NH₄Cl

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)蓋斯定律和熱化學方程式計算得到；
（2）①依據(jù)反應轉(zhuǎn)化率的大小分析，結(jié)合圖象分析判斷；
②氨氣量增大對二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大；
（3）①
②依據(jù)圖象分析，尿素濃度到一定大小，脫氮效率變化不大；
（4）原電池正極發(fā)生還原反應，依據(jù)裝置圖分析判斷分離出氯化銨；

解答：解：（1）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）；△H=-159.47kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=a kJ?mol^-1
③2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=-86.98kJ?mol^-1
依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律①+②=③，得到-159.47KJ/mol+a=-86.98KJ/mol
a=+72.49KJ/mol；
故答案為：+72.49；
（2）①氨碳比相同時曲線Ⅰ二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大，所以生產(chǎn)中選用水碳比的數(shù)值為A；
故答案為：A；
②氨碳比在4.5時，需要氨氣較多，但依據(jù)圖象分析二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大不多，工業(yè)合成氨生成工藝較復雜，提高生產(chǎn)成本；
故答案為：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；
（3）①當煙氣中NO、NO₂按上述反應中系數(shù)比時脫氮效果最佳，即1：1，若煙氣中V（NO）：V（NO₂）=5：1時，設(shè)通入空氣中氧氣體積為x；
則2NO+O₂=2NO₂
   2x  x   2x

5-2x

1+2x

=1：1，
計算得到x=1
空氣體積為5
所以同溫同壓下，V（空氣）：V（NO）=1：1
故答案為：1：1；   
②圖象分析可知，當尿素濃度為5mol/L左右時，脫氮效率基本不變，所以從經(jīng)濟因素上考慮，一般選擇尿素濃度約為5%左右大達到較大的脫氮效率；
故答案為：5%；
（4）以N₂、H₂為原料，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液構(gòu)成新型燃料電池，正極發(fā)生還原反應，即氮氣被還原生成NH₄⁺，電極反應式為N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺；負極是氫氣失電子生成氫離子，政績生成銨根離子在電解質(zhì)溶液中可以分離出氯化銨；
故答案為：N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺；  NH₄Cl；

點評：本題考查熱化學方程式書寫方法和蓋斯定律計算應用，圖象分析和反應條件判斷，信息應用能力，原電池電極反應書寫的方法應用，題目難度較大．