Question

6．尿素是蛋白質(zhì)代謝的產(chǎn)物，也是重要的化學(xué)肥料．工業(yè)合成尿素反應(yīng)如下：
2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）
（1）在一個(gè)真空恒容密閉容器中充入CO₂和NH₃發(fā)生上述反應(yīng)合成尿素，恒定溫度下混合氣體中的氨氣含量如圖所示．
A點(diǎn)的正反應(yīng)速率v_正（CO₂）＞B點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v_逆（CO₂）  （填“＞”、“＜”或“=”）；
氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率為75%．
（2）氨基甲酸銨是合成尿素的一種中間產(chǎn)物．將體積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體充入一個(gè)容積不變的真空密閉容器中，在恒定溫度下使其發(fā)生下列反應(yīng)并達(dá)到平衡：2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂COONH₄（s）
將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列于下表：

溫度（℃）	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡氣體總濃度 （10-3mol/L）	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①關(guān)于上述反應(yīng)的焓變、熵變說(shuō)法正確的是A．
A．△H＜0，△S＜0B．△H＞0，△S＜0    C．△H＞0，△S＞0D．△H＜0，△S＞0
 ②關(guān)于上述反應(yīng)的平衡狀態(tài)下列說(shuō)法正確的是C
A．分離出少量的氨基甲酸銨，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率將增大
B．平衡時(shí)降低體系溫度，CO₂的體積分?jǐn)?shù)下降
C．NH₃的轉(zhuǎn)化率始終等于CO₂的轉(zhuǎn)化率
D．加入有效的催化劑能夠提高氨基甲酸銨的產(chǎn)率
（3）化學(xué)家正在研究尿素動(dòng)力燃料電池，尿液也能發(fā)電！用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn)生凈化的水又能發(fā)電．尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖所示，寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，開(kāi)始時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)為50%，60s達(dá)到平衡狀態(tài)，體積分?jǐn)?shù)減小為20%，A點(diǎn)時(shí)反應(yīng)正向移動(dòng)，則
         2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）
開(kāi)始        a               a                                             0
轉(zhuǎn)化       2x             x                                              x
平衡     a-2x            a-x                                            x
則$\frac{a-2x}{2a-2x-x+x}$×100%=20%，解得x=$\frac{3}{8}$a，以此計(jì)算轉(zhuǎn)化率；
（2）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂COONH₄（s）中氣體減小，由表格數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡氣體總濃度越大，則升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
②A．分離出少量的氨基甲酸銨，平衡不移動(dòng)；
B．平衡時(shí)降低溫度，平衡正向移動(dòng)，但CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變；
C．將體積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體，轉(zhuǎn)化量為2：1；
D．加入有效的催化劑，平衡不移動(dòng)；
（3）由尿素燃料電池的結(jié)構(gòu)可知，正極上氧氣得到電子生成水，負(fù)極上尿素失去電子生成氮?dú)夂投�氧化碳�?/p>

解答 解：（1）由圖可知，開(kāi)始時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)為50%，60s達(dá)到平衡狀態(tài)，體積分?jǐn)?shù)減小為20%，A點(diǎn)時(shí)反應(yīng)正向移動(dòng)，可知A點(diǎn)的正反應(yīng)速率v_正（CO₂）＞B點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v_逆（CO₂），則
         2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）
開(kāi)始        a               a                                             0
轉(zhuǎn)化       2x             x                                              x
平衡     a-2x            a-x                                            x
則$\frac{a-2x}{2a-2x-x+x}$×100%=20%，解得x=$\frac{3}{8}$a，
氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{\frac{3}{8}a×2}{a}$×100%=75%，
故答案為：＞；75%；
（2）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂COONH₄（s）中氣體減小，則△S＜0；由表格數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡氣體總濃度越大，則升高溫度平衡逆向移動(dòng)，可知正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，故答案為：A；
②A．分離出少量的氨基甲酸銨，平衡不移動(dòng)，則反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變，故A錯(cuò)誤；
B．平衡時(shí)降低溫度，平衡正向移動(dòng)，但CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變，故B錯(cuò)誤；
C．將體積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體，轉(zhuǎn)化量為2：1，則NH₃的轉(zhuǎn)化率始終等于CO₂的轉(zhuǎn)化率，故C正確；
D．加入有效的催化劑，平衡不移動(dòng)，氨基甲酸銨的產(chǎn)率不變，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（3）由尿素燃料電池的結(jié)構(gòu)可知，負(fù)極上尿素失去電子生成氮?dú)夂投�氧化碳，�?fù)極反應(yīng)為CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺，故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算及原電池、焓變等，為高頻考點(diǎn)，把握化學(xué)平衡三段法、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算、電極反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計(jì)算能力的考查，注意平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用，題目難度中等．