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．工業上合成尿素的反應如下：
2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+H₂NCONH（g）△H=-103.7kJ．mol
（1）在溫度70～95℃時，工業尾氣中的NO、NO₂可以尿素溶液吸收，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=180.6kJ?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=

 

．
（2）某實驗小組模擬工業上合成尿素的條件．在恒定溫度下，將氨氣和二氧化碳按2：1的物質的量之比充入一體積為10L，的密閉容器中經20miri達到平衡，各物質濃度的變化曲線如圖所示．

①在上述條件下，從反應開始至20min時．二氧化碳的平均反應速率為

 

．
②該反應的平衡常數K=

 

；若升高體系的溫度，容器中NH₃的體積分數將

 

（填“增加”、“減小”或“不變”）．
③若保持平衡的溫度和壓強不變，再向容器中充入3mol的氨氣，則此時v_正

 

v_逆（填“＞”“=”或“＜”），判斷理由

 

．
（3）尿素燃料電池結構如圖所示．其工作時負極電極反應式可表示為

 

．

Answer 1

分析：（1）①尿素與NO、NO₂三者等物質的量反應生成二氧化碳、氮氣和水；
②依據熱化學方程式和蓋斯定律計算；
（2）①由圖可知，20min時達平衡，二氧化碳的濃度變化量為0.3mol/L-0.1mol/L=0.2mol/L，根據v=

△c

△t

計算；
②根據三段式計算平衡時各組分的濃度，代入平衡常數表達式計算；
該反應正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，氨氣的體積分數增大；
③再向容器中充入3mol的氨氣，濃度商大于化學平衡常數，平衡向正反應方向移動；
（3）尿素燃料電池依據原電池原理，燃料在負極發生氧化反應，氧氣再正極得到電子發生還原反應；結合圖中生成產物寫出電極反應．

解答：解：（1）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，
故答案為：-1627.2KJ/mol；
（2）①由圖可知，20min時達平衡，二氧化碳的濃度變化量為0.3mol/L-0.1mol/L=0.2mol/L，故v（CO₂）=

0.2mol/L

20min

=0.01mol/（L?min），
故答案為：0.01mol/（L?min）；
②20min時達平衡，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，則：
            2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（NH₂）₂（g）
開始（mol/L）：0.6      0.3       0         0
變化（mol/L）：0.4      0.2       0.2       0.2
平衡（mol/L）：0.2      0.1       0.2       0.2
故該溫度下平衡常數k=

0.2×0.2

0．22×0.1

=10
該反應正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，氨氣的體積分數增大，
故答案為：10；增加；
③再向容器中充入3mol的氨氣，氨氣的濃度增大，濃度商大于化學平衡常數，平衡向正反應方向移動，故v_正＞v_逆，
故答案為：＞；氨氣的濃度增大，濃度商大于化學平衡常數，平衡向正反應方向移動；
（3）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，正極電極反應為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，負極電極反應為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺；
故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺．

點評：本題考查反應熱的計算、化學反應速率計算、化學平衡的影響因素、化學平衡常數、原電池等，題目難度中等，（3）中電極反應式書寫為易錯點，注意根據原電池結構分析產物．