Question

【題目】氨是一種重要的化工產(chǎn)品，是氮肥工業(yè)、有機(jī)合成工業(yè)以及制造硝酸、按鹽和純堿等的原料。

（1）以氨為燃料，氧氣為氧化劑可以設(shè)計(jì)制造氨燃料電池，因產(chǎn)物無污染，在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。若電極材料均為惰性電極，KOH 溶液作電解質(zhì)溶液，則該電池負(fù)極電極反應(yīng)式為_______________；正極反應(yīng)式為______________。

（2）下列措施可以加快合成氨反應(yīng)速率的是______________。

A．通過縮小容器的容積增大壓強(qiáng) B．及時(shí)將氨液化分離出去

C．適當(dāng)升溫 D．添加合適的催化劑

E.恒溫恒容時(shí)，再充入一定體積的氮?dú)?/span>

（3）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成氨的反應(yīng)。在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入lmolN2 和3molH2，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在一定溫度壓強(qiáng)下開始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

則①從反應(yīng)開始到25min時(shí)，以N2表示的平均反應(yīng)速率為________；

②H2的平衡轉(zhuǎn)化率為_______________；

（4）以CO2與NH3為原料合成尿素［化學(xué)式為CO(NH2)2］的主要反應(yīng)如下，已知：

①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)；△H＝-159.47kJ·mol-1

②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)；△H=+116kJ·mol-1

③ H2O(l)=H2O(g)；△H=+44kJ·mol-1

寫出CO2 與NH3 合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式_____________。

Answer 1

【答案】（1）2NH3-6e-＋6OH-＝N2+6H2O；O2+4e-+2H2O=4OH-

（2）A、C、D、E；（3）0.01mol/(L.min) 50%

（4）CO2(g)+2NH3(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-87.0kJ/mol

【解析】

試題分析：（1）以氨為燃料，氧氣為氧化劑可以設(shè)計(jì)制造氨燃料電池，因產(chǎn)物無污染，在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。若電極材料均為惰性電極，KOH 溶液作電解質(zhì)溶液，則該電池負(fù)極，NH3失去電子變?yōu)?/span>N2，負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH3-6e-＋6OH-＝N2+6H2O；在正極上氧氣獲得電子變?yōu)?/span>OH-，正極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-；（2）A．通過縮小容器的容積增大壓強(qiáng)，使物質(zhì)的濃度增大，化學(xué)反應(yīng)速率增大，正確；B．及時(shí)將氨液化分離出去，由于物質(zhì)濃度降低，所以化學(xué)反應(yīng)速率減慢，錯(cuò)誤；C．適當(dāng)升溫，可以使更多的分子變?yōu)榛罨�分子，所以反�?yīng)速率大大加快，正確； D．添加合適的催化劑，由于降低了反應(yīng)的活化能，所以反應(yīng)速率大大加快；E.恒溫恒容時(shí)，再充入一定體積的氮?dú)�，由于反�?yīng)物的濃度增大，所以化學(xué)反應(yīng)速率大大加快，正確。（3） ①同一溫度下，容器中氣體壓強(qiáng)與總的物質(zhì)的量成正比，設(shè)平衡狀態(tài)時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為x，16.80：12.60=（1+3）mol：x，x=(4mol×12.60)÷16.80=3，所以平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為3mol，設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為y，

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)物質(zhì)的量減少

1mol 2mol

y （4-3）mol

1mol：2mol=y：（4-3）mol，y=[1mol×(43)mol]÷2mol=0.5mol，則從反應(yīng)開始到25min時(shí)，以N2表示的平均反應(yīng)速率=V(N2)=(0.5mol÷2L)÷25min=0.01mol/（L．min）；②H2反應(yīng)的物質(zhì)的量是3×0.5mol=1．5mol，反應(yīng)開始時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量是3mol，所以N2的平衡轉(zhuǎn)化率為(1．5mol÷3mol)×100％=50％；（4） ①+②-③，整理可得2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=（-159.47kJ/mol）+（+72.49kJmol）-44kJ/mol=-87.0kJ/mol。