Question

（一） 尿素又称碳酰胺，是含氮量最高的氮肥，工业上利用二氧化碳和氨气在一定条件下合成尿素．其反应分为如下两步：
第一步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（氨基甲酸铵）（l）△H₁=-330.0kJ?mol^-1
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂=+226.3kJ?mol^-1
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5m³密闭容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如图1所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第

 

步反应决定．
②反应进行到10min时测得CO₂的物质的量如图1所示，则用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）=

 

mol/（L?min）．
③当反应在一定条件下达到平衡，若在恒温、恒容下再充入一定量气体He，则CO（NH₂）₂（l）的质量

 

（填“增加”、“减小”或“不变”）．
（二）氨是制备尿素的原料，NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用．
氨气溶于水得到氨水，在25℃下，将a mol/L的氨水与b mol/L的硫酸以3：2体积比混合反应后溶液呈中性．用含a和b的代数式表示出氨水的电离平衡常数为

 

．
（三）氢气是合成氨的原料．“氢能”将是未来最理想的新能源．
（1）在25℃，101KPa条件下，1g氢气完全燃烧生成液态水时放出142.9kJ热量，则表示氢气燃烧热的热化学方程式为

 

．
（2）氢气通常用生产水煤气的方法制得．其中C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），在850℃时平衡常数K=1．若向1升的恒定密闭真空容器中同时加入x mol C和6.0mol H₂O．
①当加热到850℃反应达到平衡的标志有

 

．
A．容器内的压强不变        B．消耗水蒸气的物质的量与生成CO的物质的量相等
C．混合气的密度不变        D．单位时间有n个H-O键断裂的同时有n个H-H键断裂
②x应满足的条件是

 

．
（四）CO₂是合成尿素的原料，但水泥厂生产时却排放出大量的CO₂．华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图2所示：
（1）上述生产过程的能量转化方式是

 

．
（2）上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为

 

，阴极的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,热化学方程式,反应速率的定量表示方法,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断,弱电解质在水溶液中的电离平衡,电解原理

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,化学反应速率专题,电化学专题

分析：（一）①已知总反应的快慢由慢的一步决定，结合图象变化趋势进行判断，反应快慢可以依据第一步和第二步反应的曲线斜率比较大小；
②分析图象计算10分钟时二氧化碳的消耗物质的量，结合化学反应速率概念进行计算；
③恒温、恒容下再充入一定量气体He，对平衡不产生影响；
（二）氨水的电离平衡常数为电离出离子的浓度积与溶质浓度的比值；
（三）（1）在25摄氏度，101 kPa时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热，根据定义进行书写；
（2）①化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断，得出正确结论；
②设转化的水为amol，根据平衡常数进行计算；
（四）（1）根据图2进行分析；
（2）上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应是碳酸根离子失电子生成氧气的过程，阴极是二氧化碳得到电子生成碳，依据电子守恒和传导离子配平书写电极反应．

解答： 解：（一）①由图象可知在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化，发生的是第一步反应，氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二部反应，从曲线斜率不难看出第二部反应速率慢，已知总反应的快慢由慢的一步决定，故合成尿素总反应的快慢由第二步决定，
故答案为：二；
②依据图象分析，二氧化碳再进行到10min时物质的量为0.25mol，所以此时的反应速率为=

1mol-0.25mol 500L

10min

1.5×10^-4mol/L?min，
故答案为：1.5×10^-4mol/L?min；
③恒温、恒容下再充入一定量气体He，对平衡不产生影响，故CO（NH₂）₂（l）的质量不变，
故答案为：不变；
（二）a mol/L的氨水与b mol/L的硫酸以3：2体积比混合反应后溶液呈中性，设硫酸的体积为2V，则氨水的体积为3V，n（SO₄^2-）=bmol/L×2V=2bVmol，电荷守恒：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，氨水中的电离常数为=

c(NH4+)?c(OH-)

c(NH3?H2O)

=

4b 3 ×10-7

a- 4b 3

=

4b

3a-4b

×10-7mol/L，
故答案为：

4b

3a-4b

×10-7mol/L；
（三）（1）氢气燃烧热的化学方程式为：H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（l），已知在25℃，101KPa条件下，1g氢气完全燃烧生成液态水时放出142.9kJ热量，则Q=2×142.9kJ=285.8kJ，故氢气燃烧热的热化学方程式为：H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（l），△H=-285.8kJ/mol，
故答案为：H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（l），△H=-285.8kJ/mol；
（2）①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
A．反应前后气体的体积不等，故容器内的压强不变可作为判断是否达到化学平衡状态的依据，故A正确；
B．消耗水蒸气是正反应，生成CO也是正反应，故消耗水蒸气的物质的量与生成CO的物质的量相等不能作为判断是否达到平衡状态的依据，故B错误；
C．密度=

总质量

体积

，总质量在变，体积不变，故混合气的密度不变可作为判断是否达到化学平衡状态的依据，故C正确；
D．单位时间有n个H-O键断裂是正反应，同时有n个H-H键断裂是逆反应，但正逆反应速率不等，故单位时间有n个H-O键断裂的同时有n个H-H键断裂不能作为判断是否达到平衡状态的依据，故D错误，
故答案为：AC；
②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
开始（mol）：6       0       0
转化（mol）：a       a       a
平衡（mol）：6-a     a       a
K=

a×a

6-a

=1，a=2，故x应满足的条件是：x＞2，
故答案为：x＞2；
（四）（1）根据图2可知：上述生产过程的能量转化方式为：太阳能和电能转化为化学能，
故答案为：太阳能和电能转化为化学能；
（2）上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应是碳酸根离子失电子生成氧气的过程，电极反应为：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑，阴极是二氧化碳得到电子生成碳，依据电子守恒和传导离子配平书写电极反应为：3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-；
故答案为：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑；3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-．

点评：本题考查化学平衡的影响因素分析，化学反应速率的影响因素判断，图象分析反应的进行程度，热化学方程式和盖斯定律的计算应用，原电池电极反应书写的方法，题目难度中等，但题量很大．