尿素(H2NCONH2)是有機(jī)態(tài)氮肥,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的作用。
(1)工業(yè)上合成尿素的反應(yīng)分兩步進(jìn)行:
第一步:2NH3(l)+CO2H2NCOONH4(氨基甲酸銨)(l) △H1
第二步:H2NCOONH4 (l) H2O+ H2NCONH2(l) △H2
某化學(xué)學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件,在體積為1 L的密閉容器中投入4 mol NH3和1 mol CO2,實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如下圖I所示。
①已知總反應(yīng)的快慢是由較慢的一步反應(yīng)決定的。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隨溫度的變化如上右圖II所示,則ΔH2______0(填“>”、“<”或“=”。)
(2)該小組將一定量純凈的氨基甲酸銨置于特制的密閉真空容器中(假設(shè)容器體積不變, 固體試樣體積忽略不計(jì)),在恒定溫度下使其達(dá)到分解平衡:。實(shí)驗(yàn)測(cè)得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 |
平衡總壓強(qiáng)/Kpa |
5.7 |
8.3 |
12.0 |
17.1 |
24.0 |
平衡氣體總濃度/10-3mol/L |
2.4 |
3.4 |
4.8 |
6.8 |
9.4 |
①可以判斷該分解反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是____________。
A.2V(NH3)=V(CO2) B.密閉容器中總壓強(qiáng)不變
C.密閉容器中混合氣體的密度不變 D.密閉容器中氨氣的體積分?jǐn)?shù)不變
②根據(jù)表中數(shù)據(jù),計(jì)算25.0°C時(shí)該分解反應(yīng)的平衡常數(shù)為______(保留小數(shù)點(diǎn)后一位)。
(3)已知:
N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1=+180.6KJ/mol
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H2=-92.4KJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=-483.6KJ/mol
則4NO(g)+4NH3(g) +O2(g)= 4N2(g)+6 H2O(g)的△H=___kJ • mol-1。
(4)尿素燃料電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。其工作時(shí) 負(fù)極電極反應(yīng)式可表示為______。
(1)① 二(2分) 55 (2分) ②>(2分)
(2)①BC(2分) ② 1.6×10-8 mol3·L-3(2分)
(3) -1627.2 kJ·mol-1(2分)
(4)CO(NH2)2 + H2O - 6e- = CO2↑+ N2↑+ 6H+(2分)
【解析】
試題分析:(1)①總反應(yīng)的快慢是由較慢的一步反應(yīng)決定的,由圖像看到隨著時(shí)間的遞增,尿素慢慢增加;
所以第二步?jīng)Q定,在55min時(shí),尿素量不再增加,到達(dá)平衡。②對(duì)于吸熱反應(yīng),隨著溫度的升高,K增大,所以ΔH2>0.
(2)①A、2V(NH3)=V(CO2)不符合速率之比等于方程式系數(shù)之比,錯(cuò)誤。B中當(dāng)物質(zhì)的量不再發(fā)生變化時(shí),壓強(qiáng)也不變化,正確;C中氨基甲酸銨是固體,當(dāng)它不再分解時(shí),氣體質(zhì)量不再增加,密閉容器體積一定,密度不再改變,達(dá)到平衡,正確;D中氨氣和CO2的比例一直不變,錯(cuò)誤,答案是BC
②根據(jù)表中數(shù)據(jù), 25. 0°C,氣體總濃度是4.8×10-3,,氨氣和CO2體積比為1:2,結(jié)合平衡常數(shù)公式計(jì)算可得結(jié)果為1.6×10-8 mol3·L-3
(3)根據(jù)蓋斯定律知,△H= -2△H1-2 △H2+3△H3,代入數(shù)據(jù)計(jì)算既得結(jié)果 -1627.2 kJ·mol-1
(4)CO(NH2)2 + H2O - 6e- = CO2↑+ N2↑+ 6H+
考點(diǎn):本題融合了化學(xué)反應(yīng)原理,平衡常數(shù)計(jì)算,平衡狀態(tài),蓋斯定律,電化學(xué)原理的綜合型試題
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
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