Question

【題目】氨是動植物生長不可缺少的元素，氨在自然界中的循環對生命有重要意義。其循環示意圖如下:

(1) 氨分子的電子式是__________。

(2) NH3是重要的化工原料，用途廣泛，如合成尿素等。合成尿素原理分兩步:

CO2(g)+ 2NH3(g)=NH2COONH4(s) △H1=- 159.5kJ/mol

NH2COONH4(s) = CO(NH2)2(s) + H2O(g) △H2=+28.5kJ/mol

則2NH3(g)+ CO2(g)=CO(NH2)2(s) + H2O(g) △H=_______kJ/mol

(3) 氯化銨也是氨的重要化合物，現有25℃時某濃度的氯化銨溶液中NH3·H2O和NH4+的濃度隨pH的變化示意圖如圖I所示，則圖中曲線①代表的是__________[填c(NH3·H2O)或c(NH4+)]該溫度下NH3·H2O 電離平衡常數為___________(用a 的代數式表示)。

(4) 在厭氧環境下，土壤中的某些微生物(細菌)可將硝酸鹽還原成氮氣而實現自然界中的氮循環。某研究性學習小組由“自然界中的氮循環”產生聯想:利用微生物的作用將化學能轉化為電能即設計成微生物電池來同時處理含硝酸鈉和有機物的廢水，裝置原理如圖II(圖中有機物用C6H12O6表示).寫出電極b上的電極反應式__________________。

(5) 將游離態的氮轉化為化合態的氮叫做氮的固定，其中一種重要的人工固氮就是合成氨。現維持溫度為T壓強為P的條件下，向一容積可變的密閉容器中通入1molN2和3molH2發生N2(g) +3H2(g)2NH3(g)的反應。容器容積與反應時間的數據關系如下表:

時間/min	0	5	10	20	40	80
容器 容積/L	4.00V	3.20V	2.80V	2.60V	2.50V	2.50V

該條件下達平衡時H2的轉化率α(H2)=______，平衡常數K=_________(用V表示)

Answer 1

【答案】 -131.0 c(NH3·H2O) 10a-14 2NO3- + 6H2O + 10e- = N2↑+ 12OH- 75%

【解析】試題分析：本題是化學反應原理的綜合題，主要考查蓋斯定律的應用，電離平衡常數的計算，原電池原理，化學平衡的計算。

（1）NH3分子中N原子與H原子間形成共價鍵，NH3的電子式為。

（2）將反應編號，CO2（g）+2NH3（g）=NH2COONH4（s）ΔH1=-159.5kJ/mol（①式）

NH2COONH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（g） ΔH2=+28.5kJ/mol（②式）

應用蓋斯定律，①式+②式得，2NH3（g）+CO2（g）= CO（NH2）2（s）+H2O（g）ΔH=ΔH1+ΔH2=（-159.5kJ/mol）+（+28.5kJ/mol）=-131.0kJ/mol。

（3）曲線①隨著pH的增大，濃度增大，曲線①代表c（NH3·H2O）。NH3·H2O的電離方程式為NH3·H2ONH4++OH-，NH3·H2O的電離平衡常數=，由圖知當c（NH4+）=c（NH3·H2O）時pH=a，此時c（H+）=10-amol/L，c（OH-）=10a-14mol/L，則NH3·H2O的電離平衡常數=10a-14。

（4）根據圖示電極b上的反應為NO3-→N2，N元素的化合價由+5價降至0價，根據N守恒，2molNO3-得到10mol電子生成1molN2，2NO3-+10e-→N2↑，結合原子守恒，電極b上的電極反應式為2NO3-+10e-+6H2O=N2↑+12OH-。

（5）根據表中數據40min和80min時容器容積相等，說明達到平衡時容器容積為2.50V。設從起始到平衡轉化N2物質的量為x，用三段式

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

n（起始）（mol） 1 3 0

n（轉化）（mol） x 3x 2x

n（平衡）（mol） 1-x 3-3x 2x

維持溫度T和壓強P不變，則混合氣體的體積之比等于混合氣體物質的量之比， =，解得x=0.75mol，達到平衡時H2的轉化率α（H2）=100%=100%=75%。平衡時N2、H2、NH3物質的量依次為0.25mol、0.75mol、1.5mol，平衡時N2、H2、NH3物質的量濃度依次為0.1/Vmol/L、0.3/Vmol/L、0.6/Vmol/L，該反應的平衡常數K===。