Question

尿素(H₂NCONH₂)是一種非常重要的高氮化肥，在工農業生產中有著非常重要的地位。

（1）工業上合成尿素的反應如下：

2NH₃(l)+CO₂(g)H₂O(l)+H₂NCONH₂(l)   △H=-103．7 kJ·mol^-1

下列措施中有利于提高尿素的生成速率的是            

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上合成尿素的條件，在一體積為0．5 L密閉容器中投入4 mol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決定，則合成尿素總反應的快慢由第     步反應決定，總反應進行到    min時到達平衡。

②第二步反應的平衡常數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，工業尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉化為N₂

①尿素與NO、NO₂三者等物質的量反應，化學方程式為

                                                             

②已知：N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)．△H=180．6 kJ·mol^-1

N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)  △H=-92．4 kJ·mol^-1

2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)   △H=-483．6 kJ·mol^-1

則4NO(g)+4NH₃(g)+O₂(g)=4N₂(g)+6H₂O(g)   △H=     kJ·mol^-1

（4）尿素燃料電池結構如上圖III所示。其工作時負極電極反應式

可表示為                                                    。

 

Answer 1

【答案】

（1）A B C （2分）

（2）①2（2分）; 55（2分）② >（2分）

（3）①CO(NH₂)₂ ＋NO＋NO₂=CO₂＋2N₂＋2H₂O（2分）

②―1627.2kJ·mol^―1（2分）

（4）CO(NH₂)₂ ＋H₂O―6=CO₂＋N₂＋6H^＋ （2分）

【解析】

試題分析：（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�。挥欣�于提高尿素的生成速率需要依據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，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，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，C符合；

D．減小體系內CO₂濃度平衡逆向進行，反應速率減小，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決定，則合成尿素總反應的快慢由第二步決定，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工業尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉化為N₂，尿素與NO、NO₂三者等物質的量反應，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^－1，故答案為：―1627.2KJ·mol^－1；

（4）依據尿素燃料電池結構，尿素在負極發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生還原反應生成氫氧根離子，酸性介質中實際生成水，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^＋．

考點：化學平衡的影響因素；用蓋斯定律進行有關反應熱的計算；電極反應和電池反應方程式；物質的量或濃度隨時間的變化曲線