- 氮的固定
- 共59题
下列反应中，起固氮作用的是（ ）
正确答案
解析
解：A．由NH3氧化制NO是氮元素化合态之间的相互转化，不是固氮，故A错误；
B．一氧化氮和二氧化氮之间的转化，是氮元素不同化合物之间的转化，不是固氮，故B错误；
C．N2与H2在一定条件下反应生成NH3，氮由单质转化为化合物，符合氮的固定的定义，故C正确；
D．NH3制碳酸氢铵和硫酸铵是氮的化合物之间的转化，不是固氮作用的反应，故D错误；
故选C．
氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题．
（1）如表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值．
①分析数据可知：大气固氮反应属于______（填“吸热”或“放热”）反应．
②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因______．
③从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因______．
（2）工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N2的平衡转化率在不同压强（р1、р2）下随温度变化的曲线，如图所示的图示中，正确的是______（填“A”或“B”）；比较р1、р2的大小关系______．
（3）20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是______．
（4）近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N2（g）+6H2O（1）⇌4NH3（g）+3O2（g），则其反应热△H=______．
（已知：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1，2H2（g）+O2（g）⇌2H2O（l）△H=-571.6kJ•mol-1）
正确答案
解：（1）①由表格数据可知，温度越高，K越大，说明升高温度，平衡正移，则正反应方向为吸热反应，故答案为：吸热；
②由表格数据可知，2000℃时，K=0.1，K值很小，则转化率很小，不适合大规模生产，所以人类不适合大规模模拟大气固氮，
故答案为：K值小，正向进行的程度小（或转化率低），不适合大规模生产；
③合成氨反应中，反应温度越高，反应速率越快，但是该反应为放热反应，温度高转化率会降低，而且在500℃左右催化剂活性最高，所以从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适；
故答案为：从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适；
（2）合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小，所以图A正确，B错误；该反应正方向为体积减小的方向，增大压强平衡正向移动，转化率增大，р2的转化率大，则р2大；
故答案为：A；р2＞р1；
（3）电解池中氮气在阴极得电子生成氨气，其电极方程式为：N2+6e-+6H+=2NH3，
故答案为：N2+6e-+6H+=2NH3；
（4）已知：①N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1，
②2H2（g）+O2（g）⇌2H2O（l）△H=-571.6kJ•mol-1，
由盖斯定律：①×2-②×3得2N2（g）+6H2O（l）⇌4NH3（g）+3O2（g），△H=（-92.4kJ•mol-1）×2-（-571.6kJ•mol-1）×3=+1530 kJ•mol-1；
故答案为：+1530 kJ•mol-1．
解析
解：（1）①由表格数据可知，温度越高，K越大，说明升高温度，平衡正移，则正反应方向为吸热反应，故答案为：吸热；
②由表格数据可知，2000℃时，K=0.1，K值很小，则转化率很小，不适合大规模生产，所以人类不适合大规模模拟大气固氮，
故答案为：K值小，正向进行的程度小（或转化率低），不适合大规模生产；
③合成氨反应中，反应温度越高，反应速率越快，但是该反应为放热反应，温度高转化率会降低，而且在500℃左右催化剂活性最高，所以从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适；
故答案为：从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适；
（2）合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小，所以图A正确，B错误；该反应正方向为体积减小的方向，增大压强平衡正向移动，转化率增大，р2的转化率大，则р2大；
故答案为：A；р2＞р1；
（3）电解池中氮气在阴极得电子生成氨气，其电极方程式为：N2+6e-+6H+=2NH3，
故答案为：N2+6e-+6H+=2NH3；
（4）已知：①N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1，
②2H2（g）+O2（g）⇌2H2O（l）△H=-571.6kJ•mol-1，
由盖斯定律：①×2-②×3得2N2（g）+6H2O（l）⇌4NH3（g）+3O2（g），△H=（-92.4kJ•mol-1）×2-（-571.6kJ•mol-1）×3=+1530 kJ•mol-1；
故答案为：+1530 kJ•mol-1．
人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程．
Ⅰ．最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）实验氮的固定一电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率．
总反应式为：N2（g）+3H2（g）
则在电解法合成氨的过程中，应将H2不断地通入______极（填“阴”或“阳”）；向另一电极通入N2，该电极的反应式为______．
Ⅱ．据报道，在一定条件下，N2在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH3，相应的反应方程式为：2N2（g）+6H2O（g）═4NH3（g）+3O2（g），△H=Q．
（1）上述反应的平衡常数表达式为______．
（2）取五份等体积N2和H2O的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入体积相同的恒玉密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数φ（N2）与反应温度T的关系曲线如图（1）所示，则上述反应的Q______0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）若上述反应在有催化剂的情况下发生，则如图（2）所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是______（选填字母代号），图（2）中△H的绝对值为1530kJ•mol-1．
Ⅲ．目前工业合成氨的原理是：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-93.0kJ•mol-1．
回答下列问题：
（1）结合Ⅱ中的数据，则：2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）的△H=______．
（2）在一定温度下，将1mol N2和3mol H2混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol．
①达平衡时，H2的转化率α1=______．
②在相同条件下，若起始时只将NH3置于该容器中，达到平衡状态时NH3的转化率为α2，当α1+α2=1时，则起始时NH3的物质的量n（NH3）______mol．
正确答案
解：Ⅰ．跟据总反应式：N2+3H2
故答案为：阳；N2+6H++6e-=2NH3；
Ⅱ．（1）上述反应的平衡常数表达式为：K=
（2）曲线的变化先增大后变小．我们知道温度升高反应速率加快．在此题中，反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数随温度升高而变大，曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，皆是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，则生成氨气的反应是放热反应，即此反应的正反应为吸热反应，即△H＞0，故答案为：＞；
（3）根据（2）的结论，反应是吸热反应，应从c、d曲线中找答案，使用催化剂可以降低反应的活化能，因此应该选d；
故答案为：d；
Ⅲ．（1）2N2（g）+6H2O（g）═4NH3（g）+3O2（g）△H=-1530kJ•mol-1 ①
N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-93.0kJ•mol-1 ②
②×
故答案为：-570kJ•mol-1；
（2）①N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△n
1 3 2 2
1.8mol （4-2.8）mol
H2的转化率α1为转化率为
故答案为：60%；
②根据题意可以判断出是从正逆两个方向建立的平衡，由此推断出起始时NH3的物质的量为2mol，所以起始时NH3的物质的量2mol，故答案为：2．
解析
解：Ⅰ．跟据总反应式：N2+3H2
故答案为：阳；N2+6H++6e-=2NH3；
Ⅱ．（1）上述反应的平衡常数表达式为：K=
（2）曲线的变化先增大后变小．我们知道温度升高反应速率加快．在此题中，反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数随温度升高而变大，曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，皆是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，则生成氨气的反应是放热反应，即此反应的正反应为吸热反应，即△H＞0，故答案为：＞；
（3）根据（2）的结论，反应是吸热反应，应从c、d曲线中找答案，使用催化剂可以降低反应的活化能，因此应该选d；
故答案为：d；
Ⅲ．（1）2N2（g）+6H2O（g）═4NH3（g）+3O2（g）△H=-1530kJ•mol-1 ①
N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-93.0kJ•mol-1 ②
②×
故答案为：-570kJ•mol-1；
（2）①N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△n
1 3 2 2
1.8mol （4-2.8）mol
H2的转化率α1为转化率为
故答案为：60%；
②根据题意可以判断出是从正逆两个方向建立的平衡，由此推断出起始时NH3的物质的量为2mol，所以起始时NH3的物质的量2mol，故答案为：2．
（2014•思明区校级模拟）氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，而氮的化合物用途广泛．
（1）下面是利用氮气的一种途径
①步骤I中主要利用N2与液态空气中其它成分的______（填性质）不同．
②步骤II在自然界大气中发生反应的化学方程式为______．
③最新研究发现在碱性溶液中通过电解反应2N2+6H2O
（2）氨气可以用于侯氏制碱法，其流程如图所示：
①循环Ⅰ、Ⅱ中循环利用的物质X是______，Y是______．（填化学式）
②向沉淀池中通入气体时，需要先通入NH3，再通入CO2，其原因是______．
（3）尿素【CO（NH2）2】是氮的一种重要化合物，可用于除去酸性工业废水中的NO2-，生成的产物无污染，反应的离子方程式为______；该反应生成6.72L（已折算为标准状况）混合气体时，消耗尿素的质量为______．
正确答案
解：（1）①N2与液态空气中其它成分的沸点不同，沸点低的先挥发，故答案为：沸点；
②氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，过程Ⅱ的化学方程式为：N2+O2
③阴极N2得到电子，化合价升高，发生还原反应，阳极OH-失去电子发生氧化反应，阴极反应：N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-，故答案为：N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-；
（2）①碳酸氢钠煅烧生成碳酸钠、水、二氧化碳，所以X是二氧化碳（CO2）；过滤除去析出的碳酸氢钠，溶液中还有部分碳酸氢钠未析出，是碳酸氢钠的饱和溶液，还有溶解在溶液中未析出的NaCl、NH4Cl、NH4HCO3，NaCl可循环使用，故答案为：CO2；NaCl；
②氨气在水中的溶解度较大，氨气能与二氧化碳反应，增大CO2的溶解度，故答案为：先通入溶解度大的NH3，使溶液呈碱性，增强CO2的溶解度；
（3）酸性条件下，亚硝酸根离子和尿素发生氧化还原反应生成两种无毒气体，根据元素守恒知，两种无毒气体应该是氮气和二氧化碳气体，离子反应方程式为：2H++CO（NH2）2+2NO2-=CO2↑+2N2↑+3H2O，根据尿素和气体体积之间的关系式得，尿素的质量=
故答案为：2H++CO（NH2）2+2NO2-=CO2↑+2N2↑+3H2O；6 g．
解析
解：（1）①N2与液态空气中其它成分的沸点不同，沸点低的先挥发，故答案为：沸点；
②氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，过程Ⅱ的化学方程式为：N2+O2
③阴极N2得到电子，化合价升高，发生还原反应，阳极OH-失去电子发生氧化反应，阴极反应：N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-，故答案为：N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-；
（2）①碳酸氢钠煅烧生成碳酸钠、水、二氧化碳，所以X是二氧化碳（CO2）；过滤除去析出的碳酸氢钠，溶液中还有部分碳酸氢钠未析出，是碳酸氢钠的饱和溶液，还有溶解在溶液中未析出的NaCl、NH4Cl、NH4HCO3，NaCl可循环使用，故答案为：CO2；NaCl；
②氨气在水中的溶解度较大，氨气能与二氧化碳反应，增大CO2的溶解度，故答案为：先通入溶解度大的NH3，使溶液呈碱性，增强CO2的溶解度；
（3）酸性条件下，亚硝酸根离子和尿素发生氧化还原反应生成两种无毒气体，根据元素守恒知，两种无毒气体应该是氮气和二氧化碳气体，离子反应方程式为：2H++CO（NH2）2+2NO2-=CO2↑+2N2↑+3H2O，根据尿素和气体体积之间的关系式得，尿素的质量=
故答案为：2H++CO（NH2）2+2NO2-=CO2↑+2N2↑+3H2O；6 g．
大气固氮和合成氮是周氮的重要形式．下表是大气固氮和合成氨的部分K值：
（1）大气固氮是______（“吸热”、“放热”）反应；人工固氮对农业意义十分重大，根据表中数据，可推知合成氨最重要的研究方向是______．
（2）工业合成氨原料气的制备主要方法如下：
（1）以空气为原料制备N2，其方法是______．
（2）以焦炭和水为原料制备H2，反应原理为______、______．
H2中混有的CO可用醋酸亚铜氨溶液吸收，以防止合成氨时催化剂中毒：CO（g）+Cu（NH3）2Ac（aq）═Cu（NH3）2AC•CO（aq）+Q（Q＞0）；要从除杂后的溶液中“再生”出醋酸亚铜氨，可______（“升”“降”）温、______（“增”“降”）压．
（3）液氨和水类似，也能自离解（电离）：NH3+NH3═NH4++NH2-．
①液氨的离子积可以表示为______．
②25℃时，液氨的离子积K=1.0×10-30．若将NaNH2固体加入液氨中，则所得溶液中不存在的关系式是（设温度保持不变）______ （选填编号）
a．c（Na+）=c（NH2-） b．c（NH4+）•c（NH2-）=1.0×10-30 c．c（NH2-）＞c（NH4+）
（4）若在液氨中NaNH2和NH4Cl都能完全电离，则用标准NaNH2液氨溶液滴定未知浓度NH4Cl液氨溶液时，反应的离子方程式为______．
正确答案
解：（1）在大气固氮中，温度升高，平衡常数增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，在常温下，人工固氮很难进行，因此寻找在常温下合成氨的高效催化剂是目前人工固氮的新方向，故答案为：吸热；寻找常温下能发生反应的催化剂；
（2）①氮气和氧气的沸点不同，将空气加压使其液化，然后蒸发（蒸馏），分离出氮气和氧气，故答案为：将空气加压使其液化，然后蒸发（蒸馏），分离出氮气和氧气；
②碳和水反应生成一氧化碳和氢气：C（s）+H2O（g）⇌CO+H2，一氧化碳和水反应生成二氧化碳和水：CO+H2O （g）⇌CO2+H2O；正反应放热，体积减小，升温、降压向逆反应方向进行，故答案为：C（s）+H2O （g）⇌CO+H2；CO+H2O（g）⇌CO2+H2O；升；降；
（3）①纯液体的浓度为1，K=c（NH4+）•c（NH2-），故答案为：K=c（NH4+）•c（NH2-）；
②a．溶液中电荷守恒，所以c（Na+）+c（NH4+）=c（NH2-），故a错误；
b．离子积常数只与温度有关，温度不变，离子积常数不变，故b正确；
c．加入NaNH2固体，平衡逆向移动，导致c（NH2-）＞c（NH4+），故c正确；
故答案为：a；
（4）NaNH2和NH4Cl反应生成氨气和氯化钠，反应的离子方程式为NH4++NH2-→2NH3，故答案为：NH4++NH2-→2NH3．
解析
解：（1）在大气固氮中，温度升高，平衡常数增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，在常温下，人工固氮很难进行，因此寻找在常温下合成氨的高效催化剂是目前人工固氮的新方向，故答案为：吸热；寻找常温下能发生反应的催化剂；
（2）①氮气和氧气的沸点不同，将空气加压使其液化，然后蒸发（蒸馏），分离出氮气和氧气，故答案为：将空气加压使其液化，然后蒸发（蒸馏），分离出氮气和氧气；
②碳和水反应生成一氧化碳和氢气：C（s）+H2O（g）⇌CO+H2，一氧化碳和水反应生成二氧化碳和水：CO+H2O （g）⇌CO2+H2O；正反应放热，体积减小，升温、降压向逆反应方向进行，故答案为：C（s）+H2O （g）⇌CO+H2；CO+H2O（g）⇌CO2+H2O；升；降；
（3）①纯液体的浓度为1，K=c（NH4+）•c（NH2-），故答案为：K=c（NH4+）•c（NH2-）；
②a．溶液中电荷守恒，所以c（Na+）+c（NH4+）=c（NH2-），故a错误；
b．离子积常数只与温度有关，温度不变，离子积常数不变，故b正确；
c．加入NaNH2固体，平衡逆向移动，导致c（NH2-）＞c（NH4+），故c正确；
故答案为：a；
（4）NaNH2和NH4Cl反应生成氨气和氯化钠，反应的离子方程式为NH4++NH2-→2NH3，故答案为：NH4++NH2-→2NH3．
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