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

 

．
（2）某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)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(zhì)的量之比充入一體積為10L，的密閉容器中經(jīng)20miri達(dá)到平衡，各物質(zhì)濃度的變化曲線如圖所示．

①在上述條件下，從反應(yīng)開(kāi)始至20min時(shí)．二氧化碳的平均反應(yīng)速率為

 

．
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

；若升高體系的溫度，容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)將

 

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

 

v_逆（填“＞”“=”或“＜”），判斷理由

 

．
（3）尿素燃料電池結(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

分析：（1）①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��?br />②依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算；
（2）①由圖可知，20min時(shí)達(dá)平衡，二氧化碳的濃度變化量為0.3mol/L-0.1mol/L=0.2mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算；
②根據(jù)三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大；
③再向容器中充入3mol的氨氣，濃度商大于化學(xué)平衡常數(shù)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）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(xiě)出電極反應(yīng)．

解答：解：（1）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；
（2）①由圖可知，20min時(shí)達(dá)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(shí)達(dá)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(kāi)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(shù)k=

0.2×0.2

0．22×0.1

=10
該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，氨氣的體積分?jǐn)?shù)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(xué)平衡常數(shù)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故v_正＞v_逆，
故答案為：＞；氨氣的濃度增大，濃度商大于化學(xué)平衡常數(shù)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）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，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⁺；
故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)、原電池等，題目難度中等，（3）中電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)為易錯(cuò)點(diǎn)，注意根據(jù)原電池結(jié)構(gòu)分析產(chǎn)物．