Question

尿素（H₂NCONH₂）是有機態(tài)氮肥，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的作用．
（1）工業(yè)上合成尿素的反應分兩步進行：
第一步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NOONH₄（氨基甲酸銨）（l）△H₁
第二步：H₂NOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NOONH₂（l）△H₂
某化學學習小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在體積為1L的密閉容器中投入4mol NH₃和1mol CO₂，實驗測得反應中各組分的物質(zhì)的量隨時間的變化如下圖I所示．

①已知總反應的快慢是由較慢的一步反應決定的．則合成尿素總反應的快慢由第

 

步反應決定，總反應進行到

 

min時到達平衡．
②第二步反應的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如上右圖Ⅱ所示，則△H₂

 

0（填“＞”、“＜”或“=”．）
（2）該小組將一定量純凈的氨基甲酸銨置于特制的密閉真空容器中（假設(shè)容器體積不變，固體試樣體積忽略不計），在恒定溫度下使其達到分解平衡：H₂NOONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）．實驗測得不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列于下表：

溫度/℃	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平均總壓強/KPa	5.7	8.3	12.0	17.1	24.0
平均氣體總濃度/10-3mol?L-1	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①可以判斷該分解反應已經(jīng)達到化學平衡狀態(tài)的標志是

 

．
A．2v（NH₃）=v（CO₂）
B．密閉容器中總壓強不變
C．密閉容器中混合氣體的密度不變 
D．密閉容器中氨氣的體積分數(shù)不變
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算25.0℃時該分解反應的平衡常數(shù)為

 

（保留小數(shù)點后一位）．
（3）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180.6KJ?mol^-1
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H₂=-92.4KJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃=-483.6KJ?mol^-1
則4NO（g）+3NH₃（g）+O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O （g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（4）尿素燃料電池的結(jié)構(gòu)如圖3所示．其工作時 負極電極反應式可表示為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,用蓋斯定律進行有關(guān)反應熱的計算,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①已知總反應的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結(jié)合圖象變化趨勢，圖象表達反應的判斷，反應快慢可以依據(jù)第一步和第二步反應的曲線斜率比較大��；當氨基甲酸銨，尿素物質(zhì)的量不再變化時，反應達到平衡；
②依據(jù)化學平衡常數(shù)的表達意義和計算分析判斷平衡移動方向；
（2）①根據(jù)達到平衡狀態(tài)的特征：各組分濃度不再變化，正逆反應速率相等進行判斷；②根據(jù)化學平衡常數(shù)的表達式進行計算．
（3）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（4）尿素燃料電池依據(jù)原電池原理，燃料在負極發(fā)生氧化反應，氧氣再正極得到電子發(fā)生還原反應；結(jié)合圖中生成產(chǎn)物寫出電極反應．

解答： 解：（1）①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應，氨基甲酸銨先增大再減小最后達到平衡，發(fā)生的是第二部反應，從曲線斜率不難看出第二部反應速率慢，所以已知總反應的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應的快慢由第二步?jīng)Q定，由圖象變化可知當進行到55分鐘時，反應達到平衡，
故答案為：2；55；
②第二步反應的平衡常數(shù)K隨溫度的升高增大，說明反應是吸熱反應，△H₂＞0，故答案為：＞；
（2）①A、沒有標明正逆反應速率，無法判斷平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B、由于反應前后氣體的化學計量數(shù)之和不相等，壓強不變，達到了平衡狀態(tài)，故B正確；
C、由于反應物是固體，沒有達到平衡狀態(tài)，氣體質(zhì)量會變化，容器體積不變，密度也會發(fā)生變化，所以密度不變，達到了平衡狀態(tài)，故正確；
D、氨氣體積分數(shù)不變，不能說明正逆反應速率相等，各組分濃度不變，故D錯誤；
故選BC；
②根據(jù)反應：NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），n（NH₃）=2n（CO₂），所以K=c（CO₂）=

1

3

×4.8×10^-3mol?L^-1=1.6×10^-3mol?L^-1，c（NH₃）=

2

3

×4.8×10^-3mol?L^-1=3.2×10^-3mol?L^-1，依據(jù)平衡常數(shù)的表達式，25.0℃時氨基甲酸銨的分解平衡常數(shù)為：1.6×10^-3mol?L^-1×（3.2×10^-3mol?L^-1）²≈1.6×10^-8（mol?L^-1）³，
故答案為：K=1.6×10^-8（mol?L^-1）³；
（3）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，生成二氧化碳、氮氣和水，反應的化學方程式為：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；
（4）依據(jù)尿素燃料電池結(jié)構(gòu)，尿素在負極發(fā)生氧化反應失電子生成二氧化碳和氮氣，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應生成氫氧根離子，酸性介質(zhì)中實際生成水，負極電極反應為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂↑+N₂↑+6H⁺，故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂↑+N₂↑+6H⁺．

點評：本題考查了化學平衡的影響因素分析，化學反應速率的影響因素判斷，圖象分析反應的進行程度，熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，原電池電極反應書寫的方法，題目難度中等．