题目内容

6．尿素是蛋白质代谢的产物，也是重要的化学肥料．工业合成尿素反应如下：
2NH3（g）+CO2（g）═CO（NH2）2（s）+H2O（g）

（1）在一个真空恒容密闭容器中充入CO2和NH3发生上述反应合成尿素，恒定温度下混合气体中的氨气含量如图1所示．A点的正反应速率v正（CO2）＞B点的逆反应速率v逆（CO2）（填“＞”、“＜”或“=”）；
氨气的平衡转化率为75%．
（2）氨基甲酸铵是合成尿素的一种中间产物．将体积比为2：1的NH3和CO2混合气体充入一个容积不变的真空密闭容器中，在恒定温度下使其发生下列反应并达到平衡：2NH3（g）+CO2（g）═NH2COONH4（s）
将实验测得的不同温度下的平衡数据列于下表：
温度（℃）15.020.025.030.035.0
平衡气体总浓度 （10-3mol/L）2.43.44.86.89.4
①关于上述反应的焓变、熵变说法正确的是A．
A．△H＜0，△S＜0B．△H＞0，△S＜0    C．△H＞0，△S＞0D．△H＜0，△S＞0
②关于上述反应的平衡状态下列说法正确的是C
A．分离出少量的氨基甲酸铵，反应物的转化率将增大
B．平衡时降低体系温度，CO2的体积分数下降
C．NH3的转化率始终等于CO2的转化率
D．加入有效的催化剂能够提高氨基甲酸铵的产率
③氨基甲酸铵极易水解成碳酸铵，酸性条件水解更彻底．将氨基甲酸铵粉末逐渐加入1L0.1mol/L的盐酸溶液中直到pH=7（室温下，忽略溶液体积变化），共用去0.052mol氨基甲酸铵，此时溶液中几乎不含碳元素．
此时溶液中c（NH4+）=0.1mol/L；
NH4+水解平衡常数值为4×10-9．
（3）化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电！用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水又能发电．尿素燃料电池结构如图2所示，写出该电池的负极反应式：CO（NH2）2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+．

分析 （1）图象分析氨气的体积分数从50%变化为20%后体积分数保持不变，说明B点反应达到平衡状态，A点氨气体积百分含量大于B的氨气体积百分含量，说明反应正向进行达到平衡状态，A点的正反应速率大于B点的正反应速率；依据氨气的体积分数结合平衡三段式列式计算平衡转化率；
（2）①根据表中的数据分析：温度越高，则平衡气体的总浓度越大，所以升高温度，平衡逆向移动，正反应反应是放热反应；
反应物是气体，产物是固体，该反应是熵减小的过程；
②A．因为氨基甲酸铵为固体，分离出少量的氨基甲酸铵，平衡不移动；
B．氨基甲酸铵为固体，所以NH3和CO2始终为2：1；
C．因为体积比为2：1的NH3和CO2混合气体充入反应，NH3和CO2又按照2：1的消耗，所以NH3的转化率始终等于CO2的转化率；
D．催化剂只改变速率，不改变平衡移动，由此进行判断；
③根据氨基甲酸铵极易水解成碳酸铵，即反应式为NH2COONH4（s）+H2O?（NH4）2CO3，将氨基甲酸铵粉末逐渐加入1L0.1mol/L的盐酸溶液中直到pH=7并且溶液中几乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH-、Cl-，根据电荷守恒计算c（NH4+），根据NH4++H2O?NH3•H2O+OH-结合K=$\frac{c（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）c（H{\;}^{+}）}{c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）}$进行计算；
（3）尿素燃料电池中尿素再负极上失去电子生成氮气、二氧化碳．

解答 解：（1）氨气的体积分数从50%变化为20%后体积分数保持不变，说明B点反应达到平衡状态，A点氨气体积百分含量大于B的氨气体积百分含量，说明反应正向进行达到平衡状态，A点的正反应速率大于B点的正反应速率，故v正（CO2）＞v逆（CO2）；
设氨气消耗物质的量x，开始氨气体积分数为50%，假设氨气为50mol，二氧化碳为50mol，
               CO2+2NH3?（NH2）2CO+H2O
起始量（mol）   50    50       0     0
变化量（mol）   0.5x  x       0.5x  0.5x
平衡量（mol） 50-0.5x  50-x   0.5x  0.5x
氨气的体积分数=$\frac{50-x}{50-0.5x+50-x+0.5x}$=20%；解得x=37.5mol，
氨气的平衡转化率=$\frac{37.5mol}{50mol}$×100%=75%，
故答案为：＞；75%；
（2）①根据表中的数据分析：温度越高，则平衡气体的总浓度越大，所以升高温度，平衡逆向移动，正反应反应是放热反应，故△H＜0；
反应物是气体，产物是固体，该反应是熵减小的过程，即，△S＜0，故选：A；
②A．因为氨基甲酸铵为固体，分离出少量的氨基甲酸铵，平衡不移动，所以反应物的转化率不变，故A错误；
B．平衡时降低体系温度，平衡向放热方向即正反应方向移动，又氨基甲酸铵为固体，所以NH3和CO2始终为2：1，则CO2的体积分数不变，故B错误；
C．因为体积比为2：1的NH3和CO2混合气体充入反应，NH3和CO2又按照2：1的消耗，所以NH3的转化率始终等于CO2的转化率，故C正确；
D．催化剂只改变速率，不改变平衡移动，所以加入有效的催化剂不能够提高氨基甲酸铵的产率，故D错误；
故选：C；
③因为氨基甲酸铵极易水解成碳酸铵，即反应式为NH2COONH4（s）+H2O?（NH4）2CO3，加入1L0.1mol/L的盐酸溶液中直到溶液pH=7并且溶液中几乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH-、Cl-，根据电荷守恒c（NH4+）=c（Cl-）=0.1mol/L，又用去0.052mol氨基甲酸铵，所以开始溶液中的铵根离子浓度为0.052mol/L×2=0.104mol/L，
          NH4++H2O?NH3•H2O+H+；
开始  0.104mol/L          0        
转化  0.004mol/L        0.004mol/L 
平衡   0.1mol/L         0.004mol/L   
又溶液为pH=7，所以氢离子浓度为10-7mol/L，则NH4+水解平衡常数K=$\frac{c（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）c（H{\;}^{+}）}{c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）}$=$\frac{0.004×10{\;}^{-7}}{0.1}$=4×10-9，故答案为：0.1mol/L；4×10-9；
（3）尿素燃料电池中尿素再负极上失去电子生成氮气、二氧化碳，负极反应为CO（NH2）2+H2O-6e-═N2↑+CO2↑+6H+，故答案为：CO（NH2）2+H2O-6e-═N2↑+CO2↑+6H+．

点评 本题考查化学反应速率、化学平衡的移动原理、弱碱根离子在溶液中的水解平衡的计算应用以及燃料电池负极反应式的书写等知识，综合性较大，难度中等．

练习册系列答案
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16．下列说法正确的是（　　）
A．用元素分析仪确定有机化合物的组成时具有所需样品量小，分析速度快的优点
B．钠融法可以定性确定有机物中是否含有C、H、O等元素
C．测定有机化合物组成元素的方法还有核磁共振、红外光谱等方法
D．甲醚和乙醇是同分异构体，它们在核磁共振谱中出现的特征峰分别是1个和2个
17．双氧水是一种对环境友好的消毒剂、漂白剂，广泛应用于化工、医药、环保等领域．请回答下列问题：
（1）H2O2的结构式是H-O-O-H．
（2）双氧水能用作消毒剂，主要是利用它的B（填字母编号）．
A．酸性    B．氧化性    C．还原性
（3）在硫酸作用下，利用H2O2可以准备ClO2．配平下列离子方程式：
2ClO3-+2H++1H2O2═1O2↑+2ClO2+2H2O
（4）通过如图的原电池装置可制备出HO2-（HO2-酸化后得到H2O2）．该装置的负极是a①a（填“a”或“b”），正极的电极反应式是O2+H2O+2e-=HO2-+OH-②O2+H2O+2e-=HO2-+OH-．
（5）废水中的HCHO经H2O2处理后转化为H2O和CO2．已知HCHO和H2O2的起始浓度分别为0.05mol/L和0.15mol/L，10min时，测得H2O2的浓度为0.06mol/L，此时HCHO的转化率为90%．（忽略H2O2的分解）
（6）催化条件下，H2O2可将X（分子式为C6H6O，含苯环）转化为Y（分子式为C6H6O2），Y中苯环上的氢原子被氯原子取代后只有一种一氯代物，X转化为Y的化学方程式是：．
14．下列条件下可能大量共存的离子组是（　　）
A．某无色溶液中：NH4+、Na+、Cl-、MnO4-
B．常温下由水电离出的c（H+）=1×10-13mol•L-1的溶液中：Na+、K+、SO32-、CO32-
C．在c（H+）=1×10-13mol•L-1的溶液中：NH4+、Al3+、SO42-、NO3-
D．在pH=1的溶液中：K+、Mg2+  SiO32-  SO42-
1．化学与科学、技术、社会、环境密切相关，下列叙述正确的是（　　）
A．石油裂解的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量，石油催化裂化的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃
B．目前科学家已经制得单原子层锗，其电子迁移率是硅的10倍，有望取代硅用于制造更好的晶体管
C．汽车尾气催化转化装置可将尾气中的NO和CO等有害气体转化为N2和CO2，该装置中的催化剂可降低NO和CO反应的活化能，有利于提高该反应的平衡转化率
D．近期在西非国家爆发的埃博拉疫情呈加速蔓延之势，已知该病毒对化学药品敏感，乙醇、次氯酸钠溶液均可以将病毒氧化而达到消毒的目的
11．设NA为阿伏伽德罗常数的数值，下列说法正确的是（　　）
A．常温常压下，14 g C2H4、C3H6的混合气体中含有碳原子的数目为NA
B．常温下，pH=12的Na2CO3溶液中含有的OH-离子数为0.01NA
C．标准状况下，0.56 L丙烷中含有共价键的数目为0.2 NA
D．7.8 g Na2O2中含有的阴离子数为0.2NA
18．已知 A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期主族元素，A的周期数等于其主族序数，B原子的价电子排布为nsnnpn，D是地壳中含量最多的元素．E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子，F元素的基态原子第四能层只有一个电子，其它能层均已充满电子．
（1）基态E原子的价电子排布图．
（2）B、C、D三元素第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C（用元素符号表示）
（3）BD32-中心原子杂化轨道的类型为sp2杂化；CA4+的空间构型为正四面体（用文字描述）．
（4）1mol BC-中含有π键的数目为2NA．
（5）D、E元素最简单氢化物的稳定性H2O＞H2Se（填化学式），理由是H2O中共价键的键能高于H2Se．
（6）C、F两元素形成的某化合物的晶胞结构如右图所示，则该化合物的化学式是Cu3N，C原子的配位数是6．若相邻C原子和F原子间的距离为a cm，阿伏伽德罗常数为NA，则该晶体的密度为$\frac{103}{4{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm3（用含a、NA的符号表示）．
15．下列陈述I、II正确并且有因果关系的是（　　）
选项表述Ⅰ表述Ⅱ
A浓硝酸在光照下颜色变黄浓硝酸具有不稳定性
BCl2和SO2有漂白性Cl2和SO2均可使含有酚酞的NaOH溶液褪色
C常温下铁与浓硫酸不反应可用铁槽车密封运送浓硫酸
DSiO2有导电性SiO2可用于制备光导纤维
A．AB．BC．CD．D
16．下列说法中，正确的是（　　）
A．含有羟基的化合物一定属于醇类
B．含有跟链烃基相连的羟基的有机物一定是醇类
C．酚类和醇类具有相同的官能团，因而具有相同的化学性质
D．分子内有苯环和羟基的化合物一定是酚类

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