Question

20．氨氣在生產(chǎn)、生活和科研中應(yīng)用十分廣泛．
（1）以CO₂與NH₃為原料合成尿素的主要反應(yīng)如下：
2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159kJ•mol^-1
NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+72kJ•mol^-1
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1
則反應(yīng)2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-131kJ•mol^-1
（2）某溫度下，向容積為1000ml的密閉容器中通入4molNH₃和2molCO₂發(fā)生反應(yīng)2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g），物質(zhì)X的濃度變化曲線如圖1所示．

①前5s內(nèi)，v（H₂O）=0.1mol•L^-1•s^-1．
②該條件下的平衡常數(shù)K=0.25．
（3）T℃時，將等物質(zhì)的量的NO和CO充入體積為2L的密閉容器中，保持溫度和體積不變，反應(yīng)過程（0--15min）中NO的物質(zhì)的量隨時間的變化如圖2所示．
①平衡時若保持溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，平衡將向右（填“向左”“向右”或“不”） 移動．
②圖3中a、b分別表示在一定溫度下，使用質(zhì)量相同但表面積不同的催化劑時，達(dá)到平衡過程中n（NO）的變化曲線，其中表示催化劑表面積較大的曲線是b（填“a”或“b”）．
③15min時，若改變外界反應(yīng)條件，導(dǎo)致n（NO）發(fā)生如圖所示的變化，則改變的條件可能是增大CO的物質(zhì)的量濃度（或增大壓強(qiáng)）．
（4）已知H₂O₂是一種弱酸，在強(qiáng)堿溶液中主要以HO${\;}_{2}^{-}$形式存在．現(xiàn)以Al-H₂O₂燃料電池電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制備氫氣（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，c、d均為惰性電極）．
①電解時，Al消耗2.7g，則產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下氮氣的體積為1.12L．
②c電極的電極反應(yīng)式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═N₂↑+6H₂O+CO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）由已知熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）①根據(jù)圖象可知X為氨氣，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算前5s內(nèi)v（NH₃），然后根據(jù)計量數(shù)與反應(yīng)速率成正比計算v（H₂O）；
②平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（3）①起始時，NO為4mol，平衡時NO為0.2mol，根據(jù)方程式求出平衡時CO、CO₂、N₂的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計算；根據(jù)Qc與k的相對大小分析；
②催化劑表面積較大，反應(yīng)速率快，達(dá)到平衡所用時間短；
③由圖象可知，NO的濃度減小，平衡向正方向移動；
（4）電解時，電池反應(yīng)時中，氮元素化合價由-3價變?yōu)?價，H元素化合價由+1價變?yōu)?價，所以生成氮氣的電極是陽極，生成氫氣的電極是陰極，則a是負(fù)極、b為正極，H₂O₂-Al燃料電池工作時，Al為負(fù)極被氧化，H₂O₂為正極被還原，以此解答該題．

解答 解：（1）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+72kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1
依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-131kJ/mol，
故答案為：-131；
（2）①X的初始濃度為4mol/L，則X為NH₃，5min內(nèi)v（NH₃）=$\frac{4mol/L-3mol/L}{5s}$=0.2mol•L^-1•s^-1，v（H₂O）=$\frac{1}{2}$v（NH₃）=0.2mol•L^-1•s^-1×$\frac{1}{2}$=0.1mol•L^-1•s^-1，
故答案為：0.1mol•L^-1•s^-1；
 ②根據(jù)圖象可知，平衡時氨氣的濃度為2mol/L，
                         2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g），
反應(yīng)前（mol/L）    4              2                                            0
轉(zhuǎn)化（mol/L）       2              1                                            1
平衡時（mol/L）    2             1                                             1
該穩(wěn)定性該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{1}{1×{2}^{2}}$=0.25，
故答案為：0.25；
（3）①起始時，NO為0.4mol，平衡時NO為0.2mol，
                    2NO（g）+2CO（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂
起始物質(zhì)的量：0.4mol  0.4mol                       0             0
轉(zhuǎn)化的物質(zhì)量：0.2mol  0.2mol                  0.2mol       0.1mol
平衡物質(zhì)的量：0.2mol  0.2mol                  0.2mol       0.1mol
則平衡時的濃度：c（NO）=0.1mol/L，c（CO）=0.1mol/L，c（CO₂）=0.1mol/L，c（N₂）=0.05mol/L，
該穩(wěn)定性該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{0．{1}^{2}×0.05}{0．{1}^{2}×0．{1}^{2}}$=5；
平衡時若保持溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，則c（CO）=0.5mol/L，c（N₂）=0.45mol/L，
此時的濃度商Qc=$\frac{0．{1}^{2}×0.45}{0．{1}^{2}×0．{5}^{2}}$=1.8＜k，則平衡將向右移動，
故答案為：向右；
②催化劑表面積較大，反應(yīng)速率快，達(dá)到平衡所用時間短，由圖可知，b曲線代表的條件下反應(yīng)速率快，所以b的催化劑的表面積大；
故答案為：b；
③由圖象可知，NO的濃度減小，平衡向正方向移動，所以改變的條件為增加CO的物質(zhì)的量濃度或增大壓強(qiáng)；
故答案為：增大CO的物質(zhì)的量濃度（或增大壓強(qiáng)）；
（4）①c極生成氮氣，說明尿素失去電子被氧化，電極反應(yīng)式為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═N₂↑+6H₂O+CO₃^2-，
故答案為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-═N₂↑+6H₂O+CO₃^2-；
②每消耗2.7g Al，則轉(zhuǎn)移0.3mol電子，電解池陽極中氮元素化合價由-3價變?yōu)?價，在可生成0.05mol氮氣，理論上產(chǎn)生氣體在標(biāo)況下體積為：22.4L/mol×0.05mol=1.12L，
故答案為：1.12．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的計算、反應(yīng)熱與焓變、化學(xué)反應(yīng)速率的計算及原電池與電解池的應(yīng)用等知識，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握三段式在化學(xué)平衡計算中的應(yīng)用，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計算能力．