Question

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．

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_正

 

v_逆（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

 

．

Answer 1

分析：（1）①尿素与NO、NO₂三者等物质的量反应生成二氧化碳、氮气和水；
②依据热化学方程式和盖斯定律计算；
（2）①由图可知，20min时达平衡，二氧化碳的浓度变化量为0.3mol/L-0.1mol/L=0.2mol/L，根据v=

△c

△t

计算；
②根据三段式计算平衡时各组分的浓度，代入平衡常数表达式计算；
该反应正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的体积分数增大；
③再向容器中充入3mol的氨气，浓度商大于化学平衡常数，平衡向正反应方向移动；
（3）尿素燃料电池依据原电池原理，燃料在负极发生氧化反应，氧气再正极得到电子发生还原反应；结合图中生成产物写出电极反应．

解答：解：（1）①工业尾气中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，将其转化为N₂，尿素与NO、NO₂三者等物质的量反应，生成二氧化碳、氮气和水，反应的化学方程式为：CO（NH₂）₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O，
故答案为：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
依据盖斯定律c×3-2×b-2×a得到，4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2KJ/mol，
故答案为：-1627.2KJ/mol；
（2）①由图可知，20min时达平衡，二氧化碳的浓度变化量为0.3mol/L-0.1mol/L=0.2mol/L，故v（CO₂）=

0.2mol/L

20min

=0.01mol/（L?min），
故答案为：0.01mol/（L?min）；
②20min时达平衡，二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，则：
            2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（NH₂）₂（g）
开始（mol/L）：0.6      0.3       0         0
变化（mol/L）：0.4      0.2       0.2       0.2
平衡（mol/L）：0.2      0.1       0.2       0.2
故该温度下平衡常数k=

0.2×0.2

0．22×0.1

=10
该反应正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的体积分数增大，
故答案为：10；增加；
③再向容器中充入3mol的氨气，氨气的浓度增大，浓度商大于化学平衡常数，平衡向正反应方向移动，故v_正＞v_逆，
故答案为：＞；氨气的浓度增大，浓度商大于化学平衡常数，平衡向正反应方向移动；
（3）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（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺；
故答案为：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺．

点评：本题考查反应热的计算、化学反应速率计算、化学平衡的影响因素、化学平衡常数、原电池等，题目难度中等，（3）中电极反应式书写为易错点，注意根据原电池结构分析产物．