Question

尿素（H₂NCONH₂）是一種非常重要的高氮化肥，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的地位．
（1）工業(yè)上合成尿素的反應(yīng)如下：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ?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(nèi)CO₂濃度
（2）合成尿素的反應(yīng)在進(jìn)行時(shí)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(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5L密閉容器中投入4mol氨和l mol二氧化碳，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分隨時(shí)間的變化如下圖I所示：

①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，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隨溫度的變化如上圖II所示，則△H₂______0（填“＞”“＜”或“=”）
（3）在溫度70-95℃時(shí)，工業(yè)尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉(zhuǎn)化為N₂
①尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)，化學(xué)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=______kJ?mol^-1
（4）尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如上圖III所示．其工作時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)式可表示為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)特征，影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析判斷；
（2）①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結(jié)合圖象變化趨勢(shì)，圖象表達(dá)反應(yīng)的判斷，反應(yīng)快慢可以依據(jù)第一步和第二步反應(yīng)的曲線斜率比較大��；當(dāng)氨基甲酸銨，尿素物質(zhì)的量不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡；
②依據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)意義和計(jì)算分析判斷平衡移動(dòng)方向；
（3）①依據(jù)原子守恒配平
②依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（4）尿素燃料電池依據(jù)原電池原理，燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣再正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；結(jié)合圖中生成產(chǎn)物寫出電極反應(yīng)．
解答：解：（1）2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ?mol^-1 ，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積減小；有利于提高尿素的生成速率需要依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素進(jìn)行分析，
A．采用高溫，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡逆向進(jìn)行，但反應(yīng)速率增大，故A符合；
B．反應(yīng)由氣體參加，反應(yīng)前后氣體體積減小，采用高壓，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，故B符合；
C．尋找更高效的催化劑，催化劑可以加快反應(yīng)速率，但不改變平衡，故C符合；
D．減小體系內(nèi)CO₂濃度平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)速率減小，故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(yīng)生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應(yīng)，氨基甲酸銨先增大再減小最后達(dá)到平衡，發(fā)生的是第二部反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二部反應(yīng)速率慢，所以已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第二步?jīng)Q定，由圖象變化可知當(dāng)進(jìn)行到55分鐘時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，
故答案為：2；55；
②第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的升高增大，說明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△H₂＞0，故答案為：＞；
（3）①工業(yè)尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉(zhuǎn)化為N₂，尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)，生成二氧化碳、氮?dú)夂退�，反�?yīng)的化學(xué)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(jù)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；
（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)�，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，負(fù)極電極反應(yīng)為：
CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺；正極電極反應(yīng)為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的影響因素分析，化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素判斷，圖象分析反應(yīng)的進(jìn)行程度，熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)書寫的方法，題目難度中等．