Question

【題目】尿素[CO(NH2)2]是含氮量最高的氮肥。

（1）已知工業(yè)上合成尿素的反應(yīng)分為 如下兩步：

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

則下列各圖能正確表示尿素合成過程中能量變化曲線的是___(填字母編號)。

A. B.

C. D.

（2）一定條件下工業(yè)合成尿素的總反應(yīng)：CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(g)+H2O(g)，t℃時，向容積恒定為2L的密閉容器中加入0.20molCO2和0.80molNH3，反應(yīng)中CO2的物質(zhì)的量隨時間變化如下表所示：

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

①前40min內(nèi)v(NH3)=___，此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為___。

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

③在100min時，保持其它條件不變，再向容器中充入0.10molCO2和0.40molNH3，重新建立平衡后CO2的轉(zhuǎn)化率與原平衡相比將___(填“增大”、“不變”或“減小”)。

④氨碳比[]對合成尿素有影響，恒溫恒容條件下將總物質(zhì)的量為3mol的NH3和CO2的混合氣體按不同的氨碳比進行反應(yīng)，結(jié)果如圖1所示。ab線分別表示CO2或NH3的轉(zhuǎn)化率變化，c線表示平衡體系中尿素的體積分數(shù)變化[]=___時，尿素產(chǎn)量最大；經(jīng)計算，圖中y=___(精確到0.01)。

（3）工業(yè)生產(chǎn)中為提高尿素的產(chǎn)率可采取的措施有___。

（4）近期科學(xué)家發(fā)現(xiàn)微生物可將生產(chǎn)廢水中的尿素直接轉(zhuǎn)化為對環(huán)境友好的兩種物質(zhì)，其工作原理如圖2所示。回答下列問題：

①N極為___板(填“正”或“負”)，M電極反應(yīng)式___。

②N極消耗標準狀況下336L氣體時，M極理論上處理的尿素的質(zhì)量為___g。

Answer 1

【答案】C 0.002molL-1min-1 0.556或 > 增大 2 0.36 增大反應(yīng)物濃度、或增大壓強、或定時分離出尿素 正 CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2↑+N2↑+6H+ 600g

【解析】

從第1步也就是第1個反應(yīng)可知為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量應(yīng)當大于生成物的總能量；從第2個反應(yīng)可知為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量應(yīng)當小于生成物的總能量；據(jù)蓋斯定律將兩個反應(yīng)相加可以有氨氣與二氧化碳的總能量應(yīng)當大于水與尿素的總能量；

根據(jù)v（CO2）=c/t進行計算；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比可以求出氨氣表示的反應(yīng)速率；從表中的數(shù)據(jù)可知當?shù)?0min時反應(yīng)達平衡狀態(tài)，根據(jù)三段式進行平衡常數(shù)的計算；

時反應(yīng)物濃度大，而在80min時反應(yīng)物濃度小，所以前者大于后者，又因80min時反應(yīng)已達平衡狀態(tài)，此時正逆反應(yīng)速率相等；

時反應(yīng)以達平衡狀態(tài)，再加入原來反應(yīng)物一半的反應(yīng)物，又是定容，相當于加壓，據(jù)此進行分析；

從圖像可知當過到2時尿素產(chǎn)量最大，此時氨碳比為2，又因氨氣與二氧化碳總物質(zhì)的量為3mol，所以可知氨氣為2mol，則二氧化碳為1mol，這時兩種氣體的轉(zhuǎn)化率均為，據(jù)化學(xué)方程式為可知此時二氧化碳為，氨氣為，尿素為，水為，據(jù)此可以求出尿素的體積分數(shù)為；

根據(jù)影響平衡移動的規(guī)律且要滿足使化學(xué)平衡向右移動進行分析；

從圖中可知N極為通入氧氣產(chǎn)生水，為得電子，據(jù)原電池原理，故N為正極，M為負極失電子；

氧氣物質(zhì)的量為：，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為：，從M極電極反應(yīng)式可知尿素物質(zhì)的量為：，進而計算出尿素的質(zhì)量。

從第1步也就是第1個反應(yīng)可知為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量應(yīng)當大于生成物的總能量，可以排除D選項，從第2個反應(yīng)可知為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量應(yīng)當小于生成物的總能量，可以排除B選項，據(jù)蓋斯定律將兩個反應(yīng)相加可以有氨氣與二氧化碳的總能量應(yīng)當大于水與尿素的總能量，故而選C；

前40min分鐘內(nèi)，二氧化碳變化了，所以V(CO2)= =0.001mol/(Lmin)；據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比可以知以氨氣表示的反應(yīng)速率之比為：，從表中的數(shù)據(jù)可知當?shù)?0min時反應(yīng)達平衡狀態(tài)，

開始 0 0

轉(zhuǎn)化

平衡

據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達式：；

時反應(yīng)物濃度大，而在80min時反應(yīng)物濃度小，所以前者大于后者，又因80min時反應(yīng)以達平衡狀態(tài)，此時正逆反應(yīng)速率相等，故應(yīng)當是；

時反應(yīng)以達平衡狀態(tài)，再加入原來反應(yīng)物一半的反應(yīng)物，又是定容，相當于加壓，平衡向右移動，故是增大；

從圖像可知當過到2時尿素產(chǎn)量最大，此時氨碳比為2，又因氨氣與二氧化碳總物質(zhì)的量為3mol，所以可知氨氣為2mol，則二氧化碳為1mol，這時兩種氣體的轉(zhuǎn)化率均為，據(jù)化學(xué)方程式為可知此時二氧化碳為，氨氣為，尿素為，水為，所以尿素的體積分數(shù)為：；

從化學(xué)方程式可知提高產(chǎn)率也就是要使化學(xué)平衡向右移動，所以可以是：增大反應(yīng)物濃度、或增大壓強、或定時分離出尿素；

從圖中可知N極為通入氧氣產(chǎn)生水，為得電子，據(jù)原電池原理，故N為正極，M為負極失電子，反應(yīng)為：；

氧氣物質(zhì)的量為：，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為：，從M極電極反應(yīng)式可知尿素物質(zhì)的量為：，所以其質(zhì)量為：。