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尿素(H2NCONH2)是有机态氮肥,在农业生产中有着非常重要的作用。

(1)工业上合成尿素的反应分两步进行:

第一步:2NH3(l)+CO2H2NCOONH4(氨基甲酸铵)(l) △H1

第二步:H2NCOONH4 (l) H2O+ H2NCONH2(l) △H2

某化学学习小组模拟工业上合成尿素的条件,在体积为1 L的密闭容器中投入4 mol NH3和1 mol CO2,实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图I所示。

已知总反应的快慢是由较慢的一步反应决定的。则合成尿素总反应的快慢由第______步反应决定,      总反应进行到______min时到达平衡。

②第二步反应的平衡常数K随温度的变化如上右图II所示,则ΔH2______0(填“>”、“<”或“=”。)

(2)该小组将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变, 固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:

温度/℃

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

平衡总压强/Kpa

5.7

8.3

12.0

17.1

24.0

平衡气体总浓度/10-3mol/L

2.4

3.4

4.8

6.8

9.4

 

①可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态的标志是____________。

A.2V(NH3)=V(CO2)                    B.密闭容器中总压强不变

C.密闭容器中混合气体的密度不变       D.密闭容器中氨气的体积分数不变

②根据表中数据,计算25.0°C时该分解反应的平衡常数为______(保留小数点后一位)。

(3)已知:

N2(g)+O2(g)=2NO(g)    △H1=+180.6KJ/mol

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)   △H2=-92.4KJ/mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)   △H3=-483.6KJ/mol

则4NO(g)+4NH3(g) +O2(g)= 4N2(g)+6 H2O(g)的△H=___kJ • mol-1

(4)尿素燃料电池的结构如图所示。其工作时 负极电极反应式可表示为______。

 

 

【答案】

(1)① 二;55 ② > (2)① BC ② 1.6×103mol3L-3 (3)-1627.2 kJ•mol-1

(4)CO(NH22+H2O-6e-=CO2+N2+6H+

【解析】

试题分析:(1)①总反应的快慢是由较慢的一步反应决定的,由图像看到随着时间递增,尿素慢慢增加;所以反应由第二步决定;在55min时,尿素不再增加达到平衡。②对于吸热反应,随着温度的升高,K增大,所以ΔH2 >0. (2)①A、2V(NH3)=V(CO2)不符合速率之比等于方程系数之比,故A错误;B、物质的量不再发生变化时,压强也不变化,故B正确;C、氨基甲酸铵是固体,当它不再分解时,气体质量不再增加,密闭容器体积一定,密度不再改变,达到平衡,故C正确;D氨气和二氧化碳的比例一直不变,故D错误。②根据表中数据,25°C气体总浓度是4.8×10-3mol/L,氨气和二氧化碳的体积比为1:2,结合平衡常数公式计算可得结果为1.6×103mol3L-3 (3)依据盖斯定律知:△H=-2△H1-2△H2+3△H3带入数据计算即得结果-1627.2 kJ•mol-1;(4)依据尿素燃料电池结构,尿素在负极发生氧化反应失电子生成二氧化碳和氮气,氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子,酸性介质中实际生成水,正极电极反应为O2+4H++4e-=2H2O,负极电极反应为:CO(NH22+H2O-6e-=CO2↑+N2↑+6H+

考点:用盖斯定理进行反应热的计算;化学反应平衡常数的含义;化学平衡的影响因素

 

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:

尿素(H2NCONH2)是一种非常重要的高氮化肥.在工农业生产中有着非常重要的地位.工业上合成尿素的反应如下:
2NH3(g)+CO2(g)?H2O(g)+H2NCONH(g)△H=-103.7kJ.mol
(1)在温度70~95℃时,工业尾气中的NO、NO2可以尿素溶液吸收,将其转化为N2
①尿素与NO、NO2三者等物质的量反应,化学方程式为
 

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
则4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)═4N2(g)+6H2O(g)△H=
 

(2)某实验小组模拟工业上合成尿素的条件.在恒定温度下,将氨气和二氧化碳按2:1的物质的量之比充入一体积为10L,的密闭容器中经20miri达到平衡,各物质浓度的变化曲线如图所示.
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①在上述条件下,从反应开始至20min时.二氧化碳的平均反应速率为
 

②该反应的平衡常数K=
 
;若升高体系的温度,容器中NH3的体积分数将
 
(填“增加”、“减小”或“不变”).
③若保持平衡的温度和压强不变,再向容器中充入3mol的氨气,则此时v
 
v(填“>”“=”或“<”),判断理由
 

(3)尿素燃料电池结构如图所示.其工作时负极电极反应式可表示为
 

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