Question

6．I．碳和氮的化合物與人類生產、生活密切相關．
（1）有機物加氫反應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，查閱資料并繪制圖象如圖1：


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（NO_x）等有毒氣體．
①活性炭處理NO的反應：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）；△H=-a kJ•mol^-1（a＞0）若使NO更加有效的轉化為無毒尾氣排放，以下措施理論上可行的是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化裝置如圖3，CO能與氮氧化物（NO_x）反應生成無毒尾氣，其化學方程式是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）已知用氨氣制取尿素[CO（NH₂）₂]的反應為：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4molNH₃和2molCO₂，該反應進行到40s時達到平衡，此時CO₂的轉化率為50%．該溫度下此反應平衡常數K的值為2500．圖2中的曲線表示該反應在前25s內的反應進程中的NH₃濃度變化．若反應延續至70s，保持其它條件不變情況下，請在圖中用實線畫出使用催化劑時該反應的進程曲線．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①Ni能與氧氣反應也會導致其中毒，據此解答即可；
②利用蓋斯定律進行計算即可；
（2）①依據此反應特點判斷即可；
②根據反應物、生成物和反應條件及質量守恒定律的兩個原則，寫出正確的化學方程式；
Ⅱ．（1）根據氮原子和氫原子個數之間的關系確定氫化物的通式；
（2）N₂H₄是二元弱堿，可分別發生N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-、N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-兩步電離；
（3）依據化學方程式和平衡常數概念寫出表達式，注意尿素是固體；根據化學平衡三段式列式計算平衡濃度，計算平衡常數；依據催化劑的作用畫出圖象．

解答 解：Ⅰ．（1）①Ni能與氧氣反應也會導致其中毒，故答案為：避免O₂與Ni反應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，此反應為放熱反應，且為氣體體積不變的反應，a．增加排氣管長度，不能改變NO的轉化率，故a錯誤；
b．增大尾氣排放口，相當于移出部分氮氣和二氧化碳氣體，利于平衡右移，故b正確；
c．添加合適的催化劑，只改變化學反應速率，不會增加NO的轉化率，故c錯誤；
d．升高排氣管溫度，溫度升高，平衡左移，不利于NO轉化，故d錯誤；故選b；
②反應物是一氧化碳和NO_x，生成物無毒，故生成物之一是氮氣和二氧化碳，根據反應前后元素種類不變，化學方程式為：2xCO+2NO_x $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂，
故答案為：2xCO+2NO_x$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2xCO₂+N₂；
Ⅱ．（1）根據氮原子和氫原子個數之間的關系：氫原子個數比氮原子個數多2，所以通式表示為：NnHn+2（n≥2），故答案為：NnHn+2（n≥2）；
（2）N₂H₄是二元弱堿，可分別發生N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-、N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-，故答案為：N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-；
（3）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）．依據化學方程式和平衡常數概念寫出平衡常數K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，向容積為100L的密閉容器中通入4mol NH₃和2molCO₂，該反應進行到40s時達到平衡，反應達到平衡時CO₂的轉化率為50%，消耗二氧化碳濃度0.02mol/L×50%=0.01mol/mol；
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 0.04 0.02 0 0
變化量（mol/L） 0.02 0.01 0 0.01
平衡量（mol/L） 0.02 0.01 0 0.01
K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{0.01}{0.02{\\;}^{2}×0.01}$=2500L²•mol^-2
如圖2中的曲線表示該反應在前25s內的反應進程中的NH₃濃度變化．若反應延續至70s，保持其它條件不變情況下，在圖中用實線畫出使用催化劑時，改變反應速率，不改變化學平衡，該反應的進程曲線為，曲線的轉折點在橫坐標40之前，縱坐標必需在20的線上，如圖為，
故答案為：2500；．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫方法，化學平衡影響因素分析，弱電解質的電離等綜合知識的考查，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．