Question

【题目】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 ．
（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表：

温度（℃）	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡气体总浓度 （10﹣3mol/L）	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①关于上述反应的焓变、熵变说法正确的是 ．
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
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+）=；（填具体数值）NH4+水解平衡常数值为 ．
（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： ．

Answer 1

【答案】
（1）大于；75%
（2）A；C；0.1mol/L；4×10﹣9
（3）CO（NH2）2+H2O﹣6e﹣=CO2+N2+6H+
【解析】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= =20%；解得：x=37.5mol，
氨气的平衡转化率= ×100%=75%，所以答案是：＞；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，
所以答案是：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；
所以答案是：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		NH3H2O	+	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= = =4×10﹣9 ，
所以答案是：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，则负极反应为：CO（NH2）2+H2O﹣6e﹣═N2↑+CO2↑+6H+ ， 所以答案是：CO（NH2）2+H2O﹣6e﹣═N2↑+CO2↑+6H+ ．
【考点精析】解答此题的关键在于理解反应热和焓变的相关知识，掌握在化学反应中放出或吸收的热量，通常叫反应热，以及对化学平衡状态的判断的理解，了解状态判断：①v(B耗)=v(B生)②v(C耗):v(D生)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不变④若A、B、C、D为气体，且m+n≠x+y，压强恒定⑤体系颜色不变⑥单位时间内某物质内化学键的断裂量等于形成量⑦体系平均式量恒定（m+n ≠ x+y）等．