Question

（一） 尿素又稱碳酰胺，是含氮量最高的氮肥，工業(yè)上利用二氧化碳和氨氣在一定條件下合成尿素．其反應分為如下兩步：
第一步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（氨基甲酸銨）（l）△H₁=-330.0kJ?mol^-1
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂=+226.3kJ?mol^-1
某實驗小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5m³密閉容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，實驗測得反應中各組分的物質(zhì)的量隨時間的變化如圖1所示：

①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

 

步反應決定．
②反應進行到10min時測得CO₂的物質(zhì)的量如圖1所示，則用CO₂表示的第一步反應的速率v（CO₂）=

 

mol/（L?min）．
③當反應在一定條件下達到平衡，若在恒溫、恒容下再充入一定量氣體He，則CO（NH₂）₂（l）的質(zhì)量

 

（填“增加”、“減小”或“不變”）．
（二）氨是制備尿素的原料，NH₃、N₂H₄等在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天等領域有廣泛應用．
氨氣溶于水得到氨水，在25℃下，將a mol/L的氨水與b mol/L的硫酸以3：2體積比混合反應后溶液呈中性．用含a和b的代數(shù)式表示出氨水的電離平衡常數(shù)為

 

．
（三）氫氣是合成氨的原料．“氫能”將是未來最理想的新能源．
（1）在25℃，101KPa條件下，1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時放出142.9kJ熱量，則表示氫氣燃燒熱的熱化學方程式為

 

．
（2）氫氣通常用生產(chǎn)水煤氣的方法制得．其中C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），在850℃時平衡常數(shù)K=1．若向1升的恒定密閉真空容器中同時加入x mol C和6.0mol H₂O．
①當加熱到850℃反應達到平衡的標志有

 

．
A．容器內(nèi)的壓強不變        B．消耗水蒸氣的物質(zhì)的量與生成CO的物質(zhì)的量相等
C．混合氣的密度不變        D．單位時間有n個H-O鍵斷裂的同時有n個H-H鍵斷裂
②x應滿足的條件是

 

．
（四）CO₂是合成尿素的原料，但水泥廠生產(chǎn)時卻排放出大量的CO₂．華盛頓大學的研究人員研究出一種方法，可實現(xiàn)水泥生產(chǎn)時CO₂零排放，其基本原理如圖2所示：
（1）上述生產(chǎn)過程的能量轉化方式是

 

．
（2）上述電解反應在溫度小于900℃時進行碳酸鈣先分解為CaO和CO₂，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應式為

 

，陰極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,熱化學方程式,反應速率的定量表示方法,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡,電解原理

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,化學反應速率專題,電化學專題

分析：（一）①已知總反應的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結合圖象變化趨勢進行判斷，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小；
②分析圖象計算10分鐘時二氧化碳的消耗物質(zhì)的量，結合化學反應速率概念進行計算；
③恒溫、恒容下再充入一定量氣體He，對平衡不產(chǎn)生影響；
（二）氨水的電離平衡常數(shù)為電離出離子的濃度積與溶質(zhì)濃度的比值；
（三）（1）在25攝氏度，101 kPa時，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱，根據(jù)定義進行書寫；
（2）①化學反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷，得出正確結論；
②設轉化的水為amol，根據(jù)平衡常數(shù)進行計算；
（四）（1）根據(jù)圖2進行分析；
（2）上述電解反應在溫度小于900℃時進行碳酸鈣先分解為Ca0和CO₂，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應是碳酸根離子失電子生成氧氣的過程，陰極是二氧化碳得到電子生成碳，依據(jù)電子守恒和傳導離子配平書寫電極反應．

解答： 解：（一）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，已知總反應的快慢由慢的一步?jīng)Q定，故合成尿素總反應的快慢由第二步?jīng)Q定，
故答案為：二；
②依據(jù)圖象分析，二氧化碳再進行到10min時物質(zhì)的量為0.25mol，所以此時的反應速率為=

1mol-0.25mol 500L

10min

1.5×10^-4mol/L?min，
故答案為：1.5×10^-4mol/L?min；
③恒溫、恒容下再充入一定量氣體He，對平衡不產(chǎn)生影響，故CO（NH₂）₂（l）的質(zhì)量不變，
故答案為：不變；
（二）a mol/L的氨水與b mol/L的硫酸以3：2體積比混合反應后溶液呈中性，設硫酸的體積為2V，則氨水的體積為3V，n（SO₄^2-）=bmol/L×2V=2bVmol，電荷守恒：n（NH₄⁺）+n（H⁺）=2n（SO₄^2-）+n（OH^-），溶液呈中性，即n（H⁺）=n（OH^-），即n（NH₄⁺）=2n（SO₄^2-）=4bVmol；c（OH^-）=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=

4bVmol

3V

=

4b

3

mol/L，氨水中的電離常數(shù)為=

c(NH4+)?c(OH-)

c(NH3?H2O)

=

4b 3 ×10-7

a- 4b 3

=

4b

3a-4b

×10-7mol/L，
故答案為：

4b

3a-4b

×10-7mol/L；
（三）（1）氫氣燃燒熱的化學方程式為：H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（l），已知在25℃，101KPa條件下，1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時放出142.9kJ熱量，則Q=2×142.9kJ=285.8kJ，故氫氣燃燒熱的熱化學方程式為：H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（l），△H=-285.8kJ/mol，
故答案為：H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（l），△H=-285.8kJ/mol；
（2）①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
A．反應前后氣體的體積不等，故容器內(nèi)的壓強不變可作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)，故A正確；
B．消耗水蒸氣是正反應，生成CO也是正反應，故消耗水蒸氣的物質(zhì)的量與生成CO的物質(zhì)的量相等不能作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的依據(jù)，故B錯誤；
C．密度=

總質(zhì)量

體積

，總質(zhì)量在變，體積不變，故混合氣的密度不變可作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C正確；
D．單位時間有n個H-O鍵斷裂是正反應，同時有n個H-H鍵斷裂是逆反應，但正逆反應速率不等，故單位時間有n個H-O鍵斷裂的同時有n個H-H鍵斷裂不能作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D錯誤，
故答案為：AC；
②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
開始（mol）：6       0       0
轉化（mol）：a       a       a
平衡（mol）：6-a     a       a
K=

a×a

6-a

=1，a=2，故x應滿足的條件是：x＞2，
故答案為：x＞2；
（四）（1）根據(jù)圖2可知：上述生產(chǎn)過程的能量轉化方式為：太陽能和電能轉化為化學能，
故答案為：太陽能和電能轉化為化學能；
（2）上述電解反應在溫度小于900℃時進行碳酸鈣先分解為Ca0和CO₂，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應是碳酸根離子失電子生成氧氣的過程，電極反應為：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑，陰極是二氧化碳得到電子生成碳，依據(jù)電子守恒和傳導離子配平書寫電極反應為：3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-；
故答案為：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑；3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-．

點評：本題考查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，但題量很大．