Question

【題目】工業合成氨以及含氮廢水的處理一直是工業研究的熱點。回答下列問題：

(1)已知：氫氣的燃燒熱為-285.8kJ/mol，17g氨氣在純氧中燃燒生成氮氣和液態水的過程中放熱382.6kJ，則工業合成氨的熱化學方程式為_________________。

(2)500℃時，在容積固定的密閉容器中模擬工業合成氫N2+3H22NH3，下表為容器中部分物質濃度隨時間的變化情況(其余濃度未給出)。

時間/min	c(N2)/mol/L	c(H2)/mol/L	c(NH3)/mol/L
0	0.18	2.3	0
5	0.08
6	0.08
10	0.06	1.94	0.24

500℃時，該反應的化學平衡常數K=_______L2·mol-2；5min內，反應的平均速率v(H2)_____ mol·L-1·min-1；6min時，某一條件發生了改變，可能是_____(填序號)。

a.使用催化劑 b.降低溫度 c.增加H2的濃度 d.分離出NH3

(3)無機含氮廢水主要含有銨氮(NH4+)和硝氮(NO3-)。可使用電化學氧化法處理銨氮廢水，原理是溶液中的NH4+直接在電極上放電生成無毒物質，該過程陽極上的電極反應式為_______________。為研究電化學氧化法去除銨氮的影響因素，在實驗室中以石墨作電極模擬對高濃度銨氮廢水進行電化學氧化處理，得到如下3組圖像：

通過分析上述圖像可知，最適宜選用的條件是___________、以及初始pH為11的堿性溶液。實驗中，銨氮去除率總是高于總氮去除率的原因是__________________。

Answer 1

【答案】 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=-92.2kJ/mol 6.25×10-2 0.06 b 2NH4+-6e-=N2↑+8H+ 電流密度為80mA·cm-2，極板間距為30mm 廢水中除了銨氮外，可能還含有硝氮，不能通過氧化法去除

【解析】（1）氫氣的燃燒熱為-285.8kJ/mol，所以有反應①H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(l) △H=-285.8kJ/mol，17g氨氣在純氧中燃燒生成氮氣和液態水的過程中放熱382.6kJ，所以有反應②NH3(g)+3/4O2(g)＝1/2N2(g) + 3/2H2O(l) △H=-382.6kJ/mol，所以①×3+②×(－2)得到：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=-92.2kJ/mol。

（2）由表中數據得到，5～6分鐘氮氣的濃度不變，反應達平衡。根據表中數據可以計算出5分鐘的時候N2、H2、NH3的濃度分別為：0.08mol/L、2mol/L、0.2mol/L，所以平衡常數K= 。v(N2)=(0.18－0.08)/5=0.02 mol·L-1·min-1，所以v(H2)=3 v(N2)= 0.06 mol·L-1·min-1。10分鐘時與6分鐘的數據比較，氫氣的濃度減小，所以不會是加入氫氣，選項c錯誤；氨氣的濃度增大，所以不會是分離出氨氣，選項d錯誤；加入催化平衡應該不移動，選項a錯誤。降低溫度平衡向正反應方向移動，所以氮氣和氫氣的濃度降低，氨氣的濃度增大，選項b正確。

（3）陽極應該發生失電子的氧化反應，銨根離子應該被氧化為氮氣，所以陽極的反應為：2NH4+-6e-=N2↑+8H+。從三個圖像得到，電流密度為80mA·cm-2，極板間距為30mm時，銨氮的去除率比較高。溶液中的總氮包括銨氮和硝氮，銨氮在這個過程中被氧化而除去，但是硝氮中的N是+5價，不可能氧化除去，所以銨氮去除率總是高于總氮去除率。