Question

（2013?河東區(qū)二模）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)上合成尿素的反應如下：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ?mol^-1
下列措施中有利于提高尿素的生成速率的是

ABC

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）合成尿素的反應在進行時分為如下兩步：
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．
某實驗小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5L密閉容器中投入4mol氨和l mol二氧化碳，實驗測得反應中各組分隨時間的變化如下圖I所示：

①已知總反應的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應的快慢由第

2

步反應決定，總反應進行到

55

min時到達平衡．
②第二步反應的平衡常數(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，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，化學方程式為

CO（NH2）2+NO+NO2=CO2+2N2+2H2O

．
②已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）．△H=180.6kJ?mol^-1
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
則4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=

-1627.2

kJ?mol^-1
（4）尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如上圖III所示．其工作時負極電極反應式可表示為

CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)化學反應的反應特征，影響化學反應速率的因素分析判斷；
（2）①已知總反應的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結(jié)合圖象變化趨勢，圖象表達反應的判斷，反應快慢可以依據(jù)第一步和第二步反應的曲線斜率比較大�。划敯被�甲酸銨，尿素物質(zhì)的量不再變化時，反應達到平衡；
②依據(jù)化學平衡常數(shù)的表達意義和計算分析判斷平衡移動方向；
（3）①依據(jù)原子守恒配平
②依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（4）尿素燃料電池依據(jù)原電池原理，燃料在負極發(fā)生氧化反應，氧氣再正極得到電子發(fā)生還原反應；結(jié)合圖中生成產(chǎn)物寫出電極反應．

解答：解：（1）2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ?mol^-1 ，反應是放熱反應，反應前后氣體體積減小；有利于提高尿素的生成速率需要依據(jù)影響化學反應速率的因素進行分析，
A．采用高溫，反應是放熱反應，平衡逆向進行，但反應速率增大，故A符合；
B．反應由氣體參加，反應前后氣體體積減小，采用高壓，增大壓強，反應正向進行，反應速率增大，故B符合；
C．尋找更高效的催化劑，催化劑可以加快反應速率，但不改變平衡，故C符合；
D．減小體系內(nèi)CO₂濃度平衡逆向進行，反應速率減小，故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生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應，氨基甲酸銨先增大再減小最后達到平衡，發(fā)生的是第二部反應，從曲線斜率不難看出第二部反應速率慢，所以已知總反應的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應的快慢由第二步?jīng)Q定，由圖象變化可知當進行到55分鐘時，反應達到平衡，
故答案為：2；55；
②第二步反應的平衡常數(shù)K隨溫度的升高增大，說明反應是吸熱反應，△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，生成二氧化碳、氮氣和水，反應的化學方程式為：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，故答案為：1627.2KJ/mol；
（4）依據(jù)尿素燃料電池結(jié)構(gòu)，尿素在負極發(fā)生氧化反應失電子生成二氧化碳和氮氣，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應生成氫氧根離子，酸性介質(zhì)中實際生成水，負極電極反應為：
CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺；正極電極反應為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺．

點評：本題考查了化學平衡的影響因素分析，化學反應速率的影響因素判斷，圖象分析反應的進行程度，熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，原電池電極反應書寫的方法，題目難度中等．