Question

4．氨是一种重要的化工产品，是氮肥工业、有机合成工业以及制造硝酸、铵盐和纯碱等的原料．
（1）以氨为燃料，氧气为氧化剂可以设计制造氨燃料电池，因产物无污染，在很多领域得到广泛应用．若电极材料均为惰性电极，KOH溶液作电解质溶液，则该电池负极电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；正极分压式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（2）下列措施可以加快合成氨反应速率的是ACDE．
A．通过缩小容器的容积增大压强
B．及时将氨液化分离出去
C．适当升温
D．添加合适的催化剂
E．恒温恒容时，再充入一定体积的氮气
（3）某化学研究性学习小组模拟工业合成氨的反应．在容积固定为2L的密闭容器内充入1mol N₂和3mol H₂，加入合适催化剂（体积可以忽略不计）后在一定温度压强下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25	30
压强/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

则从反应开始到25min时，①以N₂表示的平均反应速率为0.01mol/（L．min）；②H₂的平衡转化率为50%；
（4）以CO₂与NH₃为原料合成尿素[化学式为CO（NH₂）₂]的主要反应如下，已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）；△H=-159.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=+116kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）；△H=+44kJ•mol^-1
写出CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式CO₂（g）+2NH₃（g）=CO（NH₂）₂（S）+H₂O（1）△H=-87.47kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）碱性燃料电池中，负极上燃烧失电子发生氧化反应，正极发生还原反应；
（2）根据升温、加压、增大浓度、使用催化剂等可加快化学反应速率，以此来解答；
（3）同一温度下，容器中气体压强与总的物质的量成正比，根据压强计算平衡时混合气体的物质的量，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算氮气的平均反应速率；根据平衡时各物质的浓度计算其平衡转化率；
（4）根据盖斯定律书写其热化学反应方程式．

解答 解：（1）碱性燃料电池中，负极上燃烧失电子发生氧化反应，所以该原电池中负极上氨气失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，正极分压式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）A．通过缩小容器的容积增大压强，活化分子的数目增多，反应速率加快；
B．及时将氨液化分离出去，减小生成物浓度，反应速率减小；
C．适当升温，活化分子的百分数增大，使化学反应速率加快；
D．添加合适的催化剂，降低反应所需的活化能，能使化学反应速率加快； 
E．恒温恒容时，再充入一定体积的氮气，增大反应物浓度，活化分子的数目增多，反应速率加快；
故答案为：ACDE；
（3）同一温度下，容器中气体压强与总的物质的量成正比，设平衡状态时混合气体的物质的量为x，
16.80：12.60=（1+3）mol：x，x=$\frac{4mol×12.60}{16.80}$=3mol，所以平衡时混合气体的物质的量为3mol，
设参加反应的氮气的物质的量为y，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）物质的量减少
1mol                        2mol
y                         （4-3）mol
1mol：2mol=y：（4-3）mol，
y=$\frac{1mol×（4-3）mol}{2mol}$=0.5mol，
则从反应开始到25min时，以N₂表示的平均反应速率=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{25min}$=0.01mol/（L．min），
平衡时，α（H₂）=$\frac{3mol-3×0.5mol}{3}×100%$=50%，故答案为：0.01 mol/（L．min）；50%；
（4）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116kJ•mol^-1
③H₂O（1）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
据盖斯定律将方程式①+②-③得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.47 kJ•mol^-1，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.47 kJ•mol^-1．

点评 本题考查较综合，涉及化学反应速率、化学平衡计算、平衡判断、原电池原理等知识点，侧重考查知识运用能力，化学平衡判断时只有“反应前后改变的物理量”才能作为判断依据，难点是（4）题第二空，注意反应方程式②的特点，题目难度中等．