Question

【題目】Ⅰ．尿素[CO(NH2)2]是一種非常重要的高效氮肥，工業(yè)上以NH3、CO2為原料生產尿素，該反應實際為兩步反應：

第一步：2NH3(g)＋CO2(g)===H2NCOONH4(s) ΔH=－272kJ·mol－1

第二步：H2NCOONH4(s)===CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH=＋138kJ·mol－1

（1）寫出工業(yè)上以NH3、CO2為原料合成尿素的熱化學方程式：_________________________

（2）某實驗小組模擬工業(yè)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1mol二氧化碳，實驗測得反應中各組分的物質的量隨時間的變化如下圖所示：

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。

（3）電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制純凈氫氣的過程中同時產生氮氣。電解時，陽極的電極反應式為________________________________。

Ⅱ．用焦炭還原NO2的反應為：2NO2(g)+2C(s ) N2(g)+2CO2(g)，在恒溫條件下，1 mol NO2和足量C發(fā)生該反應，測得平衡時NO2和CO2的物質的量濃度與平衡總壓的關系如圖所示：

①A、B兩點的濃度平衡常數關系：Kc(A)_______Kc(B) （填 “﹥”、“<”或“﹦”）。

②計算C點時該反應的壓強平衡常數Kp(C)=______（Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數）。

Answer 1

【答案】 2NH3(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(NH2)2 (s) ΔH=－134kJ/mol 2 55 CO(NH2)2＋8OH－－6e－＝CO32－＋N2↑＋6H2O = 2 MPa

【解析】Ⅰ．(1)已知：①2NH3(g)+CO2(g)═H2NCOONH4(s)△H=-272kJmol-1；②H2NCOONH4(s)═CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=+138kJmol-1；根據蓋斯定律，①+②可得：2NH3(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(NH2)2 (s)△H=-134kJ/mol，故答案為：2NH3(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(NH2)2 (s)△H=-134kJ/mol；

(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(fā)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(fā)生的是第二步反應，從曲線斜率不難看出第2步反應速率慢，所以合成尿素總反應的快慢由第2步反應決定，根據圖可知，尿素在55分鐘時，物質的量不再變化，即反應達到平衡，所以總反應進行到55min時到達平衡，故答案為：2；55；

(3)電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制純凈氫氣的過程中同時產生氮氣，電解時，陽極上發(fā)生氧化反應得到氧化產物，即為氮氣，電極反應式為CO(NH2)2+8OH--6e-=CO32-+N2↑+6H2O，故答案為：CO(NH2)2+8OH--6e-=CO32-+N2↑+6H2O；

Ⅱ．①A、B兩點的溫度相同，平衡常數K只與溫度有關，故濃度平衡常數關系：Kc(A)=Kc(B)；故答案為：=；

②1molNO2和足量C發(fā)生該反應，設反應二氧化氮x，列三段式：

2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g)

n始： 1 0 0

n轉： x 0.5x x

n平： 1-x 0.5x x

從圖知C點時NO2和CO2的物質的量濃度，則1-x=x，解得x=0.5，則平衡時總的物質的量為1.25mol，C點時該反應的壓強平衡常數Kp(C)= =2MPa；故答案為：2MPa。