题目内容

12．尿素[H2NCONH2]既是一种非常重要的高氮化肥，又是多种有机、无机产品的生产原料．工业上以合成氨厂的NH3和CO2为原料生产尿素．请回答下列问题：
（1）某实验室模拟工业合成氨在三个不同条件下的密闭容器中分别加入N2和H2，浓度均为c（N2）=0.100mol/L，c（H2）=0.300mol/L，进行反应时，N2的浓度随时间的变化分别如图曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示．
①0～20min时，实验Ⅰ中v（N2）=0.002mol/（L•min）
②实验Ⅱ中H2的平衡转化率为40%
③与实验Ⅰ相比，实验Ⅱ、Ⅲ分别仅改变一个反应条件．写出所改变的条件及判断的理由：Ⅱ加入催化剂，到达平衡时间缩短，平衡时氮气浓度未变；
Ⅲ升高温度，正反应为放热反应，平衡正向移动，缩短到达平衡时间，平衡时氮气的浓度增大．
（2）合成尿素的反应为2NH3（l）+CO2（g）?H2O（l）+H2NCONH2（l）△H=-101.99kJ/mol，该反应在进行时分为如下两步：
第一步：2NH3（l）+CO2（g）?H2NCOONH4（l）△H1
第二步：H2NCOONH4（l）?H2O（l）+H2NCONH2（l）△H2=+15.05kJ/mol
①若总反应的快慢由第二步反应决定，则第二步反应的反应速率＜（填“＞”、“＜”或“=”）第一步反应的反应速率．
②△H1=-117.04kJ/mol．
（3）尿素施入土壤，先要与土壤中微生物作用水解为碳酸铵或碳酸氢铵，才能被农作物根系吸收，写出尿素水解为碳酸铵的化学方程式H2NCONH2+2H2O=（NH4）2CO3．
（4）尿素湿法烟气净化工艺早被科学家联合开发．该方法用尿素作为吸收液脱除烟气中的NOx，取得了较好的效果．烟气中NO和NO2按物质的量之比1：1经尿素溶液处理后变成无毒无害气体．则1mol尿素能吸收上述烟气（假设烟气只含有NO和NO2，其体积比为1：1）的质量为76g．

分析 （1）①由图可知，20min时到达平衡，氮气的浓度变化量为（1-0.06）mol/L=0.04mol/L，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（N2）；
②实验Ⅱ中平衡时氮气的浓度变化量为（1-0.06）mol/L=0.04mol/L，由方程式可知氢气的浓度变化量为0.04mol/L×3=0.12mol/L，氢气转化率=$\frac{氢气浓度变化量}{氢气起始浓度}$×100%；
③与实验Ⅰ相比，实验Ⅱ反应速率加快，平衡氮气浓度不变，不能是增大压强或升高温度，可能是加入催化剂；而实验Ⅲ反应速率减慢，平衡时氮气的浓度增大，正反应为体积减小的放热反应，不能是减小压强，可能是降低升高温度；
（2）①慢反应决定整个过程的反应速率；
②根据盖斯定律，可知△H1=△H-△H2；
（3）根据尿素水解为碳酸铵书写化学方程式；
（4）烟气中NO和NO2按物质的量之比1：1经尿素溶液处理后变成无毒无害气体，应生成氮气、二氧化碳，反应方程式为：NO+NO2+H2NCONH2=2N2+CO2+2H2O，结合方程式计算．

解答 解：（1）①由图可知，20min时到达平衡，氮气的浓度变化量为（1-0.06）mol/L=0.04mol/L，则v（N2）=$\frac{0.04mol/L}{20min}$=0.002mol/（L•min），故答案为：0.002mol/（L•min）；
②实验Ⅱ中平衡时氮气的浓度变化量为（1-0.06）mol/L=0.04mol/L，由方程式可知氢气的浓度变化量为0.04mol/L×3=0.12mol/L，氢气转化率=$\frac{0.12mol/L}{0.3mol/L}$×100%=40%，故答案为：40%；
③与实验Ⅰ相比，实验Ⅱ反应速率加快，平衡氮气浓度不变，不能是增大压强或升高温度，可能是加入催化剂；而实验Ⅲ反应速率减慢，平衡时氮气的浓度增大，正反应为体积减小的放热反应，不能是减小压强，升高温度反应速率加快，平衡逆向移动，可能是升高温度，
故答案为：加入催化剂，到达平衡时间缩短，平衡时氮气浓度未变；升高温度，正反应为放热反应，平衡正向移动，缩短到达平衡时间，平衡时氮气的浓度增大；
（2）①慢反应决定整个过程的反应速率，若总反应的快慢由第二步反应决定，则第二步反应的反应速率＜第一步反应的反应速率，故答案为：＜；
②根据盖斯定律，可知△H1=△H-△H2=-101.99kJ/mol-15.05kJ/mol=-117.04kJ/mol，故答案为：-117.04kJ/mol；
（3）尿素水解为碳酸铵，化学方程式为：H2NCONH2+2H2O=（NH4）2CO3，故答案为：H2NCONH2+2H2O=（NH4）2CO3；
（4）烟气中NO和NO2按物质的量之比1：1经尿素溶液处理后变成无毒无害气体，应生成氮气、二氧化碳，反应方程式为：NO+NO2+H2NCONH2=2N2+CO2+2H2O，由方程式可知1mol尿素能吸收1molNO、1molNO2，则吸收上述烟气的质量为1mol×（30g/mol+46g/mol）=76g，
故答案为：76．

点评 本题考查化学反应速率计算、化学平衡计算及影响因素、反应方程式计算等，侧重对学生分析能力的考查，（4）中的关键是书写方程式，难度中等．

练习册系列答案
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6．有关物质的转化关系如图所示（部分物质和条件已略去）．A为含两种元素的化合物．常温常压下，B为无色气体单质，C为能使品红溶液褪色的无色气体化合物，D为红色固体氧化物，K、L为常见金属单质，G溶液为蓝色，J为常见的无色液体．

请回答下列问题：
（1）J的电子式为．
（2）A中金属元素的质量分数为46.7%，则A的化学式为FeS2．
（3）F和K在加热时反应的化学方程式为Cu+2H2SO4（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O．
（4）H和K反应的离子方程式为2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+．
3．发展“碳-化学”，开发利用我国相对丰富的煤炭资源具有重要的战略意义和经济价值．下面是以焦炭为原料，经“碳-化学”途径制取乙二醇的过程：

（1）乙二醇（I）和谁的汽化热都为44Kj．mol-1，其燃烧热△H=-1824kJ．mol-1．试写出乙二醇（g）完全燃烧生成气态水的热化学方程式CH2（OH）CH2（OH）（g）+$\frac{5}{2}$O2（g）=2CO2（g）+3H2O（g）△H=-1736KJ/mol．
（2）“催化还原”反应制乙二醇原理如下：
CH3OOC．COOCH3（g）+4H2（g）?HOCH2．CH2OH（g）+2CH3OH（g）△H=-34kJ/mol-1．
为探究实际生产的最佳条件，某科研小组进行了多方面研究．如图表示乙二醇达到平衡时的产率随原料投料比[n（氢气）/n（草酸二甲酯）和压强的变化关系，其中三条曲线分别表示体系压强为1.5MPa、2.5MPa、3.5MPa的情况，则图1曲线甲对应的压强为P（甲）=3.5MPa．

（3）草酸二甲酯水解产物草酸（H2C2O4）为二元弱酸，受热分解，其钡盐难溶于水，它在水溶液中存在形式的分布于pH关系如图所示：

①草酸的Ka1=6.3×10-2，Ka2=6.3×10-5．已知H2SO3的Ka1=1.54×10-2，Ka2=1.02×10-7．试写出在K2C2O4溶液中通入少量SO2发生的离子方程式SO2+H2O+C2O42-=HC2O4-+HSO3-．
②试写出pH=3的溶液加中氨水升至6的过程中反应的离子方程式：HC2O4-+NH3．H2O=NH4++C2O42-+H2O．
③向0.1mol．L-1的草酸氢钾溶液里滴加NaOH溶液至中性，此时溶液里各粒子浓度关系不正确的是B（填序号）
A．c（K+）-c（C2O42-）=c（HC2O4-）+c（H2C2O4）
B．c（K+）+c（Na+）=c（HC2O4-）+c（C2O42-）
C．c（H2C2O4）+c（Na+）=c（C2O42-）
D．c（K+）＞c（Na+）
④在恒温下，在草酸溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液发生如下反应：5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++H2O，反应速率随时间的变化如图3所示，试解释t1-t2反应速率随时间变化的可能原因反应生成的Mn2+可作该反应的催化剂，加快了反应的进行
⑤试设计实验证明K2C2O4溶液中存在水解平衡取少量K2C2O4溶液滴加酚酞溶液，溶液呈红色，加热，若溶液颜色加深，说明K2C2O4溶液中存在水解平衡．
20．开发新能源、新材料是实现社会可持续发展的需要．请回答下列问题：
（1）图1为LiBH4/MgH2体系放氢焓变示意图．

则：Mg（s）+2B（s）=MgB2（s）△H=-93 kJ•mol-1．
（2）采用球磨法制备Al与LiBH4的复合材料，并对Al-LiBH4体系与水反应产氢的特性进行下列研究：25℃水浴时，每克不同配比的Al-LiBH4复合材料与水反应产生H2体积随时间变化关系如图2示．下列说法正确的是AB（填字母）．

A．25℃时，纯铝与水不反应
B．25℃时，纯LiBH4与水反应产生氢气
C．25℃时，Al-LiBH4复合材料中LiBH4含量越高，1000s内产生氢气的体积越大
（3）工业上可采用CO和H2合成再生能源甲醇，其反应的化学方程式为
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．

①在一容积可变的密闭容器中，充有10molCO和20mol H2，用于合成甲醇．CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（P）的关系如图3所示．则：上述合成甲醇的反应为放热反应（填“放热”或“吸热”）．
平衡常数KA、KB、KC的大小关系为KA=KB＞KC．
若达到平衡状态A时容器的体积为10L，则平衡状态B时容器的体积为2L．
②图中虚线为该反应在使用催化剂条件下，起始H2、CO投料比和CO平衡转化率的关系图．当其他条件完全相同时，用实线画出不使用催化剂情况下，起始H2、CO投料比和CO平衡转化率的关系示意图．
（4）次磷酸钴[Co（H2PO2）2]广泛应用于化学镀钴，工业上利用电解法制备次磷酸钴的电极材料为金属钴和不锈钢，其电解装置如图4所示（其中阴离子交换膜只允许阴离子通过，其中阳离子交换膜只允许阳离子通过）．则：
①N极的电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+OH- 或2H++2e-=H2↑；
②次磷酸钴在I区生成（填“Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ”）．
③已知次磷酸与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式为：
H3PO2+NaOH=NaH2PO2+H2O，则NaH2PO2溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（Na+）＞c（H2PO2-）＞c（OH-）＞c（H+）．
7．（1）在某一恒温体积可变的密闭容器中发生如下反应：A（g）+B（g）?2C（g）△H＜0．t1时刻达到平衡后，在t2时刻改变某一条件，其反应过程如图1．下列说法正确的是ac（填序号字母）

a．0～t1时，v正＞v逆，t2时，v逆＞v正
b．混合气体的密度不再改变时，Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡
c．t2时刻改变的条件可以是向密闭容器中加C
d．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数Ⅰ＜Ⅱ
（2）工业上常用CO2和NH3通过如下反应合成尿素[CO（NH2）2]．
CO2（g）+2NH3（g）$\stackrel{一定条件}{?}$CO（NH2）2（1）+H2O（g）△H＜0
t℃时，向容积恒定为2L的密闭容器中加入0.10molCO2和0.40molNH3，70min开始达到平衡．反应中CO2（ g）的物质的量随时间变化如表所示：
时间/min　0207080100
n（CO2）/mol0.100.0600.0200.0200.020
①70min时，平均反应速率υ （CO2 ）=0.00057mol/（L•min）．
②在100min时，保持其它条件不变，再向容器中充入0.050mo1CO2和0.20molNH3，重新建立平衡后CO2的转化率与原平衡相比将增大（填“增大”、“不变”或“减小”）．
③上述可逆反应的平衡常数为277.8（保留一位小数）．
④图2所示装置（阴、阳极均为惰性电极）可用于电解尿素〔CO（NH2）2〕的碱性溶液制取氢气．该装置中阳极的电极反应式为CO（NH2）2+8OH--6e-=CO32-+N2↑+6H2O，
（3）CH4燃料电池，装置示意如图3（A、B为多孔性碳棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL．当 V=44.8L时，电池总反应方程式为CH4+2O2+KOH=KHCO3+2H2O．
17．氮化铝（AlN）是一种新型无机材料，广泛应用于集成电路生产领域．某化学研究小组利用Al2O3+3C+N2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO制取氮化铝，设计如图1实验装置：

试回答：
（1）实验中用饱和NaNO2与NH4Cl溶液制取氮气的化学方程式为NaNO2+NH4Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N2↑+2H2O．
（2）装置中分液漏斗与蒸馏烧瓶之间的导管A的作用是c（填写序号）．
a．防止NaNO2饱和溶液蒸发   b．保证实验装置不漏气   c．使NaNO2饱和溶液容易滴下
（3）按图连接好实验装置，检查装置气密性的方法是在干燥管D末端连接一导管，将导管插入烧杯中的液面下，用酒精灯微热蒸馏烧瓶，导管口有气泡冒出，撤掉酒精灯一段时间，导管内上升一段水柱，证明气密性良好．
（4）化学研究小组的装置存在严重问题，请说明改进的办法在干燥管D末端连接一个尾气处理装置．
（5）反应结束后，某同学用图2装置进行实验测定氮化铝样品的质量分数（实验中导管体积忽略不计）．已知：氮化铝和NaOH溶液反应生成NaAlO2和氨气．
①广口瓶中的试剂X最好选用c（填写序号）．
a．汽油   b．酒精  c．植物油  d．CCl4
②广口瓶中的液体没有装满（上方留有空间），则实验测得NH3的体积将不变（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．
③若实验中称取氮化铝样品的质量为10.0g，测得氨气的体积为3.36L（标准状况），则样品中AlN的质量分数为61.5%．
4．甲酸广泛应用于制药和化工行业．某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸．反应原理：
+2KMnO4$\stackrel{△}{→}$+KOH+2MnO2↓+H2O
+HCl→+KCl
实验方法：一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反应一段时间后停止反应，按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯．

已知：苯甲酸分子量是122，熔点122.4℃，在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g；纯净固体有机物一般都有固定熔点．
（1）操作Ⅰ为分液，操作Ⅱ为蒸馏．
（2）无色液体A是甲苯，定性检验A的试剂是酸性KMnO4溶液，现象是溶液褪色．
（3）测定白色固体B的熔点，发现其在115℃开始熔化，达到130℃时仍有少量不熔．该同学推测白色固体B是苯甲酸与KCl的混合物，设计了如下方案进行提纯和检验，实验结果表明推测正确．请在答题卡上完成表中内容．
序号实验方案实验现象结论
①
将白色固体B加入水中，溶解
冷却、过滤，		得到白色晶体和无色溶液--
②
取少量滤液于试管中，滴入2-3滴AgNO3溶液		生成白色沉淀滤液含有Cl-
③
干燥白色晶体，加热使其融化，测其熔点		熔点为122.4℃白色晶体是苯甲酸
（4）纯度测定：称取1.220g产品，配成100ml甲醇溶液，移取25.00ml溶液，滴定，消耗KOH的物质的量为2.40×10-3mol．产品中甲苯酸质量分数的计算表达式为$\frac{2.4×1{0}^{-3}mol×4×122g/mol}{1.22g}$．
1．根据元素周期表和元素周期律分析下面的推断，其中错误的是（　　）
A．锗可用于制造半导体材料
B．RbOH的碱性强于Ca（OH）2
C．SrCO3是白色难溶于水易溶于盐酸的化合物
D．砹化银（AgAt）是白色难容于稀硝酸的化合物
2．下列有关化学键与晶体结构说法正确的是（　　）
A．两种元素组成的分子中所含化学键一定都是极性键
B．金属晶体的熔点一定比分子晶体的高
C．某晶体中含有阳离子，则一定也含有阴离子
D．含有阴离子的化合物一定含有阳离子

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