Question

氨是最重要的化工產品之一．
（1）合成氨用的氫氣可以甲烷為原料帛制得．有關化學反應的能量變化如下圖所示，則CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式為______．

（2）近年有人將電磁場直接加在氮氣與氫氣反應的容器內，在較低的溫度和壓強條件下合成氨，獲得了較好的產率．從化學反應本質角度分析，電磁場對合成氨反應的作用是______；與傳統的合成氨的方法比較，該方法的優點是______．
（3）直接供氨式堿性燃料電池的電池反應為：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，負極電極反應式為：______．
（4）氨氣制取尿素[CO（NH₂）₂]的合成塔中發生反應：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）．圖4為合成塔中不同氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]和水碳比b[n（H₂O）/n（CO₂）]時二氧化碳轉化率（x）．b宜控制在______（填序號）范圍內（A．0.6～0.7　　B．1～1.1　C．1.5～1.61）；a宜控制在4.0左右，理由是______．
（5）氨氧化法制硝酸工業中，可用尿素溶液除去尾氣中氮氧化物（NO和NO₂）．尾氣中的NO、NO₂與水反應生成亞硝酸，亞硝酸再與尿素反應生成對大氣無污染的氣體．1mol尿素能吸收工業尾氣中氮氧化物（假設NO、NO₂體積比為1：1）的質量為______g．

Answer 1

解：（1）圖1、圖2、圖3寫出熱化學方程式分別為：①CO（g）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-282kJ?mol^-1 ②H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ?mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3kJ?mol^-1，
由③-（①+②×3）得：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1kJ?mol^-1，故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1kJ?mol^-1，
（2）在電磁場的作用下氮氮三鍵更容易斷裂，降低了反應所需要的能量，反應更容易進行；傳統的合成氨的條件是高溫、高壓，該方法的優點是低溫、低壓，這樣就節約了能源、降低了對設備的要求，
故答案為：在電磁場的作用下氮氮三鍵更容易斷裂，降低了反應所需要的能量，反應更容易進行；節約了能源、降低了對設備的要求；（3）負極發生氧化反應，氨氣被氧化生產氮氣，電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（4）氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]相同時，水碳比b[n（H₂O）/n（CO₂）]為0.6～0.7時，二氧化碳轉化率最大，故答案為：A；
氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]大于4.0時，增大氨氣的物質的量，二氧化碳的轉化率增加不大，增加了生產成本；氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]小于4.0時，二氧化碳的轉化率較小，
故答案為：氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]大于4.0時，增大氨氣的物質的量，二氧化碳的轉化率增加不大，增加了生產成本；氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]小于4.0時，二氧化碳的轉化率較小；
（5）由題目信息可知，NO、NO₂二者混合物與水反應生成亞硝酸，反應方程式為NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；亞硝酸再與尿素反應生成CO₂和N₂，反應方程式為CO （NH₂）₂+2HNO₂=CO₂+2N₂+3H₂O．
NO+NO₂ ～2HNO₂ ～CO（NH₂）₂
（30+46）g 1mol
1mol尿素能吸收工業尾氣中氮氧化物（假設NO、NO₂體積比為1：1）的質量為76g，故答案為：76；
分析：（1）分別根據圖1、圖2、圖3寫出熱化學方程式，然后根據蓋斯定律來解答；
（2）根據化學反應的本質是舊鍵的斷裂和新鍵的形成；從溫度和壓強的角度考慮；
（3）負極發生氧化反應，氨氣被氧化生產氮氣；
（4）根據氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]相同時，水碳比b[n（H₂O）/n（CO₂）]為0.6～0.7時，二氧化碳轉化率最大；
根據氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]大于4.0時，增大氨氣的物質的量，二氧化碳的轉化率增加不大，增加了生產成本；氨碳比a[n（NH₃）/n（CO₂）]小于4.0時，二氧化碳的轉化率較小；
（5）根據題目信息寫出方程式，建立關系式，然后依據關系式進行計算；
點評：本題主要考查了電極反應，化學平衡移動、化學計算等，難度不大，培養了學生分析問題的能力．