Question

【題目】尿素是一種重要的化工產品，工業(yè)生產尿素的主要流程如下：

(1)工業(yè)合成氨的化學方程式是_______。

(2)尿素分子中C、N原子間的共用電子對偏向N原子，從原子結構的角度解釋原因：______。

(3)由NH3和CO2合成尿素分為兩步反應(均為可逆反應)，其能量變化示意圖如下：

①合成尿素總反應的熱化學方程式是_______。

②粗尿素中含有NH2COONH4雜質。通過控制溫度和壓強，可將NH2COONH4分解為NH3和CO2。研究溫度和壓強對NH2COONH4分解率的影響，結果如下：

X代表_____(填“溫度”或“壓強”)，L1_____L2(填“>”或“<”)。

(4)工業(yè)上含尿素的廢水需經處理后才能排放。一種利用電化學方法降解尿素的裝置示意圖如下：

寫出尿素被降解的電極反應式是______。

Answer 1

【答案】N2+3H22NH3 N和C電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)N＞C，原子半徑N＜C，原子核吸引電子能力N＞C CO2(g) + 2NH3(g) CO(NH2)2(l) + H2O(l) ΔH = –101.5 kJ·mol-1 壓強 ＜ CO(NH2)2+8OH––6e–=+N2↑+6H2O

【解析】

根據(jù)C、N原子的得失電子能力分析共用電子對發(fā)生偏移的原因；根據(jù)圖示的反應物與生成物的能量關系和蓋斯定律正確書寫熱化學方程式；根據(jù)圖示的電解池裝置分子陽極失電子的物質和陰極得電子的物質，正確書寫電極反應式。

(1)工業(yè)合成氨的化學方程式為：N2+3H22NH3；

(2)C、N原子位于同一周期，且N原子的原子序數(shù)較大，N原子的原子半徑較小，原子核對核外電子的吸引能力較強，C原子和N原子間的共用電子對也會向著N原子一方偏移；

(3)①根據(jù)圖示的反應流程，氨和二氧化碳反應生成尿素的反應分兩步，第一步反應的熱化學方程式為2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l) ΔH=-117 kJ·mol-1，第二步反應的熱化學方程式為NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=+15.5 kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律，將第一步反應和第二步反應相加即得到合成尿素的熱化學方程式，熱化學方程式為CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=-101.5 kJ·mol-1

②根據(jù)圖像分析，NH2COONH4分解為NH3和CO2的反應為吸熱反應，若X代表溫度，升高溫度平衡向吸熱反應方向進行，NH2COONH4的分解率會逐漸增大，與圖示不符；若X代表壓強，增大壓強平衡向氣體系數(shù)和小的方向移動（即逆反應方向），NH2COONH4的分解率會逐漸降低，與圖示相符，故X代表壓強；圖示中L代表溫度，在相同溫度下，升高溫度平衡向吸熱反應方向進行，NH2COONH4的分解率會逐漸增大，故L2>L1；

(4)根據(jù)圖示的電解池裝置，左側a電極生成N2，說明尿素在此電極上失電子，為陽極，右側b電極生成H2，說明水中的H+在此電極上得電子，為陰極，陽極的電極方程式為CO(NH2)2+8OH--6e-=+N2↑+6H2O，陰極的電極方程式為2H2O+2e-=2OH-+H2↑，電解池的總反應為CO(NH2)2+2OH–=+N2↑+3H2↑。