Question

4．工業(yè)合成尿素反應(yīng)為：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1所示．A點(diǎn)的正反應(yīng)速率與B點(diǎn)的逆反應(yīng)速率的關(guān)系：v_正（CO₂）＞v_逆（CO₂）（填“＞”、“＜”或“=”）


（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-1）	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2所示，寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）圖象分析氨氣的體積分?jǐn)?shù)從50%變化為20%后體積分?jǐn)?shù)保持不變，說明B點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說明反應(yīng)正向進(jìn)行達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于B點(diǎn)的正反應(yīng)速率；
（2）①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析：溫度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
反應(yīng)物是氣體，產(chǎn)物是固體，該反應(yīng)是熵減小的過程；
②A．因?yàn)榘被�甲酸銨為固體，分離出少量的氨基甲酸銨，平衡不移動(dòng)；
B．氨基甲酸銨為固體，所以NH₃和CO₂始終為2：1；
C．因?yàn)轶w積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體充入反應(yīng)，NH₃和CO₂又按照2：1的消耗，所以NH₃的轉(zhuǎn)化率始終等于CO₂的轉(zhuǎn)化率；
D．催化劑只改變速率，不改變平衡移動(dòng)，由此進(jìn)行判斷；
（3）尿素燃料電池中尿素再負(fù)極上失去電子生成氮?dú)�、二氧化碳�?/p>

解答 解：（1）氨氣的體積分?jǐn)?shù)從50%變化為20%后體積分?jǐn)?shù)保持不變，說明B點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說明反應(yīng)正向進(jìn)行達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于B點(diǎn)的正反應(yīng)速率，故v_正（CO₂）＞v_逆（CO₂），
故答案為：＞；
（2）①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析：溫度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故△H＜0；
反應(yīng)物是氣體，產(chǎn)物是固體，該反應(yīng)是熵減小的過程，即，△S＜0，
故選A；
②A．因?yàn)榘被�甲酸銨為固體，分離出少量的氨基甲酸銨，平衡不移動(dòng)，所以反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變，故A錯(cuò)誤；
B．平衡時(shí)降低體系溫度，平衡向放熱方向即正反應(yīng)方向移動(dòng)，又氨基甲酸銨為固體，所以NH₃和CO₂始終為2：1，則CO₂的體積分?jǐn)?shù)不變，故B錯(cuò)誤；
C．因?yàn)轶w積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體充入反應(yīng)，NH₃和CO₂又按照2：1的消耗，所以NH₃的轉(zhuǎn)化率始終等于CO₂的轉(zhuǎn)化率，故C正確；
D．催化劑只改變速率，不改變平衡移動(dòng)，所以加入有效的催化劑不能夠提高氨基甲酸銨的產(chǎn)率，故D錯(cuò)誤；
故選C；
（3）尿素燃料電池中尿素再負(fù)極上失去電子生成氮?dú)�、二氧化碳，�?fù)極反應(yīng)為CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺，
故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的移動(dòng)原理、弱堿根離子在溶液中的水解平衡的計(jì)算應(yīng)用以及燃料電池負(fù)極反應(yīng)式的書寫等知識(shí)，綜合性較大，難度中等．