Question

【題目】尿素是蛋白質(zhì)代謝的產(chǎn)物，也是重要的化學(xué)肥料．工業(yè)合成尿素反應(yīng)如下：
2NH3（g）+CO2（g）═CO（NH2）2（s）+H2O（g）
（1）在一個(gè)真空恒容密閉容器中充入CO2和NH3發(fā)生上述反應(yīng)合成尿素，恒定溫度下混合氣體中的氨氣含量如圖1所示．

A點(diǎn)的正反應(yīng)速率v正（CO2）B點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v逆（CO2）（填“＞”、“＜”或“=”）；氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率為 ．
（2）氨基甲酸銨是合成尿素的一種中間產(chǎn)物．將體積比為2：1的NH3和CO2混合氣體充入一個(gè)容積不變的真空密閉容器中，在恒定溫度下使其發(fā)生下列反應(yīng)并達(dá)到平衡：2NH3（g）+CO2（g）═NH2COONH4（s）將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列于表：

溫度（℃）	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡氣體總濃度 （10﹣3mol/L）	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①關(guān)于上述反應(yīng)的焓變、熵變說(shuō)法正確的是 ．
A．△H＜0，△S＜0B．△H＞0，△S＜0 C．△H＞0，△S＞0D．△H＜0，△S＞0
②關(guān)于上述反應(yīng)的平衡狀態(tài)下列說(shuō)法正確的是
A．分離出少量的氨基甲酸銨，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率將增大
B．平衡時(shí)降低體系溫度，CO2的體積分?jǐn)?shù)下降
C．NH3的轉(zhuǎn)化率始終等于CO2的轉(zhuǎn)化率
D．加入有效的催化劑能夠提高氨基甲酸銨的產(chǎn)率
③氨基甲酸銨極易水解成碳酸銨，酸性條件水解更徹底．將氨基甲酸銨粉末逐漸加入1L0.1mol/L的鹽酸溶液中直到pH=7（室溫下，忽略溶液體積變化），共用去0.052mol氨基甲酸銨，此時(shí)溶液中幾乎不含碳元素．
此時(shí)溶液中c（NH4+）=；（填具體數(shù)值）NH4+水解平衡常數(shù)值為 ．
（3）化學(xué)家正在研究尿素動(dòng)力燃料電池，尿液也能發(fā)電！用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn)生凈化的水又能發(fā)電．尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖2所示，寫(xiě)出該電池的負(fù)極反應(yīng)式： ．

Answer 1

【答案】
（1）大于；75%
（2）A；C；0.1mol/L；4×10﹣9
（3）CO（NH2）2+H2O﹣6e﹣=CO2+N2+6H+
【解析】解：（1.）氨氣的體積分?jǐn)?shù)從50%變化為20%后體積分?jǐn)?shù)保持不變，說(shuō)明B點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于B點(diǎn)的正反應(yīng)速率，故v正（CO2）＞v逆（CO2）；
設(shè)氨氣消耗物質(zhì)的量x，開(kāi)始氨氣體積分?jǐn)?shù)為50%，假設(shè)氨氣為50mol，二氧化碳為50mol，

	CO2	+	2NH3		（NH2）2CO	+	H2O
起始量（mol）	50		50		0		0
變化量（mol）	0.5x		x		0.5x		0.5x
平衡量（mol）	50﹣0.5x		50﹣x		0.5x		0.5x

氨氣的體積分?jǐn)?shù)= =20%；解得：x=37.5mol，
氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率= ×100%=75%，所以答案是：＞；75%；
（2.）①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析：溫度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故△H＜0；
反應(yīng)物是氣體，產(chǎn)物是固體，該反應(yīng)是熵減小的過(guò)程，即，△S＜0，
所以答案是：A；
②A．因?yàn)榘被�甲酸銨為固體，分離出少量的氨基甲酸銨，平衡不移動(dòng)，所以反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變，故A錯(cuò)誤；
B．平衡時(shí)降低體系溫度，平衡向放熱方向即正反應(yīng)方向移動(dòng)，又氨基甲酸銨為固體，所以NH3和CO2始終為2：1，則CO2的體積分?jǐn)?shù)不變，故B錯(cuò)誤；
C．因?yàn)轶w積比為2：1的NH3和CO2混合氣體充入反應(yīng)，NH3和CO2又按照2：1的消耗，所以NH3的轉(zhuǎn)化率始終等于CO2的轉(zhuǎn)化率，故C正確；
D．催化劑只改變速率，不改變平衡移動(dòng)，所以加入有效的催化劑不能夠提高氨基甲酸銨的產(chǎn)率，故D錯(cuò)誤；
所以答案是：C；
③因?yàn)榘被�甲酸銨極易水解成碳酸銨，即反應(yīng)式為NH2COONH4（s）+H2O（NH4）2CO3 ， 加入1L0.1mol/L的鹽酸溶液中直到溶液pH=7并且溶液中幾乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH﹣、Cl﹣ ， 根據(jù)電荷守恒c（NH4+）=c（Cl﹣）=0.1mol/L，又用去0.052mol氨基甲酸銨，所以開(kāi)始溶液中的銨根離子濃度為0.052mol/L×2=0.104mol/L，

	NH4+	+	H2O		NH3H2O	+	H+
開(kāi)始	0.104mol/L				0
轉(zhuǎn)化	0.004mol/L				0.004mol/L
平衡	0.1mol/L				0.004mol/L

又溶液為pH=7，所以氫離子濃度為10﹣7mol/L，則NH4+水解平衡常數(shù)K= = =4×10﹣9 ，
所以答案是：0.1mol/L；4×10﹣9；
（3.）尿素燃料電池中尿素再負(fù)極上失去電子生成氮?dú)�、二氧化碳，則負(fù)極反應(yīng)為：CO（NH2）2+H2O﹣6e﹣═N2↑+CO2↑+6H+ ， 所以答案是：CO（NH2）2+H2O﹣6e﹣═N2↑+CO2↑+6H+ ．
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解反應(yīng)熱和焓變的相關(guān)知識(shí)，掌握在化學(xué)反應(yīng)中放出或吸收的熱量，通常叫反應(yīng)熱，以及對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷的理解，了解狀態(tài)判斷：①v(B耗)=v(B生)②v(C耗):v(D生)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不變④若A、B、C、D為氣體，且m+n≠x+y，壓強(qiáng)恒定⑤體系顏色不變⑥單位時(shí)間內(nèi)某物質(zhì)內(nèi)化學(xué)鍵的斷裂量等于形成量⑦體系平均式量恒定（m+n ≠ x+y）等．