Question

【题目】尿素[CO(NH2)2]是含氮量最高的氮肥。

（1）已知工业上合成尿素的反应分为 如下两步：

第1步：2NH3(1)+CO2(g)H2NCOONH4(1) ΔH1=-330.0kJmol-1

第2步：H2NCOONH4(1)H2O(1)+CO(NH2)2(1) ΔH2=+226.3kJmol-1

则下列各图能正确表示尿素合成过程中能量变化曲线的是___(填字母编号)。

A. B.

C. D.

（2）一定条件下工业合成尿素的总反应：CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(g)+H2O(g)，t℃时，向容积恒定为2L的密闭容器中加入0.20molCO2和0.80molNH3，反应中CO2的物质的量随时间变化如下表所示：

时间/min	0	40	70	80	100
n(CO2)/mol	0.20	012	0.10	0.10	0.10

①前40min内v(NH3)=___，此温度下该反应的平衡常数为___。

②30min时v正(CO2)___80min时v逆(H2O)(选填“>”，“=”或“<”)。

③在100min时，保持其它条件不变，再向容器中充入0.10molCO2和0.40molNH3，重新建立平衡后CO2的转化率与原平衡相比将___(填“增大”、“不变”或“减小”)。

④氨碳比[]对合成尿素有影响，恒温恒容条件下将总物质的量为3mol的NH3和CO2的混合气体按不同的氨碳比进行反应，结果如图1所示。ab线分别表示CO2或NH3的转化率变化，c线表示平衡体系中尿素的体积分数变化[]=___时，尿素产量最大；经计算，图中y=___(精确到0.01)。

（3）工业生产中为提高尿素的产率可采取的措施有___。

（4）近期科学家发现微生物可将生产废水中的尿素直接转化为对环境友好的两种物质，其工作原理如图2所示。回答下列问题：

①N极为___板(填“正”或“负”)，M电极反应式___。

②N极消耗标准状况下336L气体时，M极理论上处理的尿素的质量为___g。

Answer 1

【答案】C 0.002molL-1min-1 0.556或 > 增大 2 0.36 增大反应物浓度、或增大压强、或定时分离出尿素 正 CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2↑+N2↑+6H+ 600g

【解析】

从第1步也就是第1个反应可知为放热反应，反应物的总能量应当大于生成物的总能量；从第2个反应可知为吸热反应，反应物的总能量应当小于生成物的总能量；据盖斯定律将两个反应相加可以有氨气与二氧化碳的总能量应当大于水与尿素的总能量；

根据v（CO2）=c/t进行计算；根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可以求出氨气表示的反应速率；从表中的数据可知当到70min时反应达平衡状态，根据三段式进行平衡常数的计算；

时反应物浓度大，而在80min时反应物浓度小，所以前者大于后者，又因80min时反应已达平衡状态，此时正逆反应速率相等；

时反应以达平衡状态，再加入原来反应物一半的反应物，又是定容，相当于加压，据此进行分析；

从图像可知当过到2时尿素产量最大，此时氨碳比为2，又因氨气与二氧化碳总物质的量为3mol，所以可知氨气为2mol，则二氧化碳为1mol，这时两种气体的转化率均为，据化学方程式为可知此时二氧化碳为，氨气为，尿素为，水为，据此可以求出尿素的体积分数为；

根据影响平衡移动的规律且要满足使化学平衡向右移动进行分析；

从图中可知N极为通入氧气产生水，为得电子，据原电池原理，故N为正极，M为负极失电子；

氧气物质的量为：，转移电子物质的量为：，从M极电极反应式可知尿素物质的量为：，进而计算出尿素的质量。

从第1步也就是第1个反应可知为放热反应，反应物的总能量应当大于生成物的总能量，可以排除D选项，从第2个反应可知为吸热反应，反应物的总能量应当小于生成物的总能量，可以排除B选项，据盖斯定律将两个反应相加可以有氨气与二氧化碳的总能量应当大于水与尿素的总能量，故而选C；

前40min分钟内，二氧化碳变化了，所以V(CO2)= =0.001mol/(Lmin)；据化学反应速率之比等于化学计量数之比可以知以氨气表示的反应速率之比为：，从表中的数据可知当到70min时反应达平衡状态，

开始 0 0

转化

平衡

据化学平衡常数表达式：；

时反应物浓度大，而在80min时反应物浓度小，所以前者大于后者，又因80min时反应以达平衡状态，此时正逆反应速率相等，故应当是；

时反应以达平衡状态，再加入原来反应物一半的反应物，又是定容，相当于加压，平衡向右移动，故是增大；

从图像可知当过到2时尿素产量最大，此时氨碳比为2，又因氨气与二氧化碳总物质的量为3mol，所以可知氨气为2mol，则二氧化碳为1mol，这时两种气体的转化率均为，据化学方程式为可知此时二氧化碳为，氨气为，尿素为，水为，所以尿素的体积分数为：；

从化学方程式可知提高产率也就是要使化学平衡向右移动，所以可以是：增大反应物浓度、或增大压强、或定时分离出尿素；

从图中可知N极为通入氧气产生水，为得电子，据原电池原理，故N为正极，M为负极失电子，反应为：；

氧气物质的量为：，转移电子物质的量为：，从M极电极反应式可知尿素物质的量为：，所以其质量为：。