Question

1．工业上用NH₃和CO₂反应合成尿素．
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）△H₁=-536.1kJ/mol

（1）该过程实际上分两步进行，第一步产生氨基甲酸铵，第二步是氨基甲酸铵脱水生成尿素．请写出第一步的反应方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄．
（2）在一定条件下合成尿素，当氨碳比$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=4时，CO₂的转化率随时间的变化关系如图1所示，下列说法错误的是BD（填标号）．
A．该反应在60min时达到平衡状态；
B．NH₃的平衡转化率为70%；
C．增加氨碳比可进一步提高CO₂的平衡转化率；
D．M点的逆反应速率v_逆（CO₂）大于N点的正反应速率v_正（CO₂）；
（3）反应2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g），在200℃时可自发向正反应进行，则升高温度，平衡常数K减小（填“增大”、“减小”、“不变”）．
（4）若一定条件下得到的尿素为固体，2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g），开始在一密闭容器中充入0.1mol NH₃、0.65mol CO₂、0.65mol H₂O（g），保持温度不变，达到平衡时，混合气体的平均摩尔质量与起始相比变小（填“变大”、“变小”、“不变”）．
（5）尿素在一定温度和压力下会部分变为NH₄CNO（氰酸铵），已知25℃氨水的电离常数为1.7×10^-5，氰酸HCNO的电离常数为3.3×10^-4．氰酸铵水溶液中各离子的浓度大小顺序为c（CNO^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（6）电解尿素[CO（NH₂）₂]的碱性溶液制氢的装置示意图如图2（电解池中隔膜仅阻止气体通过，a、b极均为惰性电极）．电解时，a极的电极反应式为CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，若在b极产生标况下224mL氢气，则消耗尿素0.2g．

Answer 1

分析 （1）该过程实际上分两步进行，第一步产生氨基甲酸铵，反应方程式为：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄；
（2）A．图象纵坐标表示二氧化碳的转化率，横坐标表示时间变化，图象表示的二氧化碳的转化率随着时间的变化关系，转化率=$\frac{转化量}{初始量}$，反应未达到平衡前二氧化碳的转化率始终变化，只有达到平衡才能保持不变，所以可以作为判断平衡的标志；
B．三段式表示各物质的物质的量的关系，套用公式求解；
C．反应达到平衡后再增加氨气的用量可以是平衡进一步向正反向移动，消耗的二氧化碳增多，故转化率提高．
D．M点达到平衡时V（正）=V（逆），所以比较M点的逆反应速率与N点的正反应速率可以转化为比较M点的逆反应速率和N点的逆反应速率；
（3）依据反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，结合反应特征分析，低温下自发进行，说明正反应是放热反应，所以升高温度，平衡常数K减小；
（4）尿素为固体，开始在一密闭容器中充入0.1molNH₃、0.65mol CO₂、0.65molH₂O（g），相当于增大压强，平衡正向移动，混合气体的平均相对分子量变小；（5）25℃氨水的电离常数为1.7×10^-5，氰酸HCNO的电离常数为3.3×10^-4，所以氰酸铵水溶液中铵离子的水解程度大于氰酸根离子的水解程度，溶液呈酸性；
（6）尿素[CO（NH₂）₂]中的氮由-3价到0价，发生氧化反应，所以a为阳极，电极反应式为：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；根据关系式：CO（NH₂）₂～6e^-～3H₂，来求解．

解答 解：（1）该过程实际上分两步进行，第一步产生氨基甲酸铵，反应方程式为：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄，故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄；
（2）A．从图象中可知0-60min二氧化碳的转化率始终增大，到60min后保持不变，说明该反应达到平衡，故A正确；
B．设氨气的物质的量为4mol，则二氧化碳的物质的量为1mol，平衡时消耗的二氧化碳为1×60%=0.6
              2NH₃+CO₂ $\stackrel{一定条件}{?}$ CO（NH₂）₂+H₂O
初始量（mol）   4   1        0          0
转化量（mol）  1.2  0.6             
则氨气的转化率=$\frac{1.2}{4}$×100%=30%  故B错误；
C．反应达到平衡后再增加氨气的用量可以使平衡进一步向正反向移动，二氧化碳转化率提高，故C正确；
D．N点反应达到平衡，N点的正反应速率υ_正（CO₂）等于N点的逆反应速率υ_逆（CO₂），M点时生成物的浓度低于N点的浓度所以M点的逆反应速率υ_逆（CO₂）小于N点的逆反应速率υ_逆（CO₂），也就是小于N点的正反应速率υ_逆（CO₂），故D错误；
故选BD；
（3）依据反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，结合反应特征分析，低温下自发进行，说明正反应是放热反应，所以升高温度，平衡常数K减小，故答案为：减小；
（4）尿素为固体，开始在一密闭容器中充入0.1molNH₃、0.65mol CO₂、0.65molH₂O（g），相当于增大压强，平衡正向移动，混合气体的平均相对分子量变小，故答案为：变小；
（5）25℃氨水的电离常数为1.7×10^-5，氰酸HCNO的电离常数为3.3×10^-4，所以氰酸铵水溶液中铵离子的水解程度大于氰酸根离子的水解程度，溶液呈酸性，所以离子浓度大小顺序为：c（CNO^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故答案为：c（CNO^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（6）尿素[CO（NH₂）₂]中的氮由-3价到0价，发生氧化反应，所以a为阳极，电极反应式为：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；根据关系式：CO（NH₂）₂～6e^-～3H₂，所以尿素的质量为：$\frac{60×224×1{0}^{-3}}{3×22.4}$=0.2g，故答案为：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；0.2．

点评 本题考查了化学平衡状态概念、特征、平衡转化率的求算、方程式的书写和电极反应式的书写，题目难度中等，解此类题关键要看清图象表达的含义，运用平衡理论求解．