Question

尿素(H₂NCONH₂)是一種非常重要的高氮化肥，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的地位。

（1）工業(yè)上合成尿素的反應(yīng)如下：

2NH₃(l)+CO₂(g)H₂O(l)+H₂NCONH₂(l)   △H=-103．7 kJ·mol^-1

下列措施中有利于提高尿素的生成速率的是            

A．采用高溫

B．采用高壓

C．尋找更高效的催化劑

D．減小體系內(nèi)CO₂濃度

（2）合成尿素的反應(yīng)在進(jìn)行時(shí)分為如下兩步：

第一步：2NH₃(l)+CO₂(g) H₂NCOONH₄(氨基甲酸銨)(l)  △H₁

第二步：H₂NCOONH₄(l) H₂O(l)+H₂NCONH₂(l)   △H₂．

某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0．5 L密閉容器中投入4 mol氨和l mol二氧化碳，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分隨時(shí)間的變化如下圖I所示：

①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第     步反應(yīng)決定，總反應(yīng)進(jìn)行到    min時(shí)到達(dá)平衡。

②第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如上圖II所示，則△H₂     0(填“>” “<” 或 “=”)

（3）在溫度70-95℃時(shí)，工業(yè)尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉(zhuǎn)化為N₂

①尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)，化學(xué)方程式為

                                                             

②已知：N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)．△H=180．6 kJ·mol^-1

N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)  △H=-92．4 kJ·mol^-1

2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)   △H=-483．6 kJ·mol^-1

則4NO(g)+4NH₃(g)+O₂(g)=4N₂(g)+6H₂O(g)   △H=     kJ·mol^-1

（4）尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如上圖III所示。其工作時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)式

可表示為                                                    。

 

Answer 1

【答案】

（1）A B C （2分）

（2）①2（2分）; 55（2分）② >（2分）

（3）①CO(NH₂)₂ ＋NO＋NO₂=CO₂＋2N₂＋2H₂O（2分）

②―1627.2kJ·mol^―1（2分）

（4）CO(NH₂)₂ ＋H₂O―6=CO₂＋N₂＋6H^＋ （2分）

【解析】

試題分析：（1）2NH₃（l）+CO₂（g）=H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ·mol^－1 ，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積減��；有利于提高尿素的生成速率需要依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素進(jìn)行分析，

A．采用高溫，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡逆向進(jìn)行，但反應(yīng)速率增大，A符合；

B．反應(yīng)由氣體參加，反應(yīng)前后氣體體積減小，采用高壓，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，B符合；

C．尋找更高效的催化劑，催化劑可以加快反應(yīng)速率，但不改變平衡，C符合；

D．減小體系內(nèi)CO₂濃度平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)速率減小，D不符合；

故答案為：ABC；

（2）①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應(yīng)，氨基甲酸銨先增大再減小最后達(dá)到平衡，發(fā)生的是第二部反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二部反應(yīng)速率慢，所以已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第二步?jīng)Q定，由圖象變化可知當(dāng)進(jìn)行到55分鐘時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，

故答案為：2；55；

②第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的升高增大，說(shuō)明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△H₂＞0，故答案為：＞；

（3）①工業(yè)尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉(zhuǎn)化為N₂，尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)，生成二氧化碳、氮?dú)夂退�，反�?yīng)的化學(xué)方程式為：CO（NH₂）₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O，故答案為：CO（NH₂）₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O；

②a、N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）．△H=180.6kJ·mol^－1

b、N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ·mol^－1

c、2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ·mol^－1

依據(jù)蓋斯定律c×3-2×b-2×a得到，4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2KJ·mol^－1，故答案為：―1627.2KJ·mol^－1；

（4）依據(jù)尿素燃料電池結(jié)構(gòu)，尿素在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)失電子生成二氧化碳和氮?dú)�，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子，酸性介質(zhì)中實(shí)際生成水，負(fù)極電極反應(yīng)為：

CO（NH₂）₂+H₂O-6e^－=CO₂+N₂+6H^＋；正極電極反應(yīng)為O₂+4H^＋+4e^－=2H₂O，故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^－=CO₂+N₂+6H^＋．

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素；用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算；電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式；物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線