Question

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。

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______。

 

 

Answer 1

【答案】

（1）① 二；55 ② > （2）① BC ② 1.6×10^－3mol³L^-3 （3）-1627.2 kJ•mol^-1

（4）CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺

【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)間遞增，尿素慢慢增加；所以反應(yīng)由第二步?jīng)Q定；在55min時(shí)，尿素不再增加達(dá)到平衡。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系數(shù)之比，故A錯(cuò)誤；B、物質(zhì)的量不再發(fā)生變化時(shí)，壓強(qiáng)也不變化，故B正確；C、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，故C正確；D氨氣和二氧化碳的比例一直不變，故D錯(cuò)誤。②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，25°C氣體總濃度是4.8×10^-3mol/L，氨氣和二氧化碳的體積比為1：2，結(jié)合平衡常數(shù)公式計(jì)算可得結(jié)果為1.6×10³mol³L^-3 （3）依據(jù)蓋斯定律知：△H=-2△H₁-2△H₂+3△H₃帶入數(shù)據(jù)計(jì)算即得結(jié)果-1627.2 kJ•mol^-1；（4）依據(jù)尿素燃料電池結(jié)構(gòu)，尿素在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)失電子生成二氧化碳和氮?dú)猓�氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子，酸性介質(zhì)中實(shí)際生成水，正極電極反應(yīng)為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，負(fù)極電極反應(yīng)為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂↑+N₂↑+6H⁺

考點(diǎn)：用蓋斯定理進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算；化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的含義；化學(xué)平衡的影響因素