Question

尿素（H₂NCONH₂）是有机态氮肥，在农业生产中有着非常重要的作用．
（1）工业上合成尿素的反应分两步进行：
第一步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NOONH₄（氨基甲酸铵）（l）△H₁
第二步：H₂NOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NOONH₂（l）△H₂
某化学学习小组模拟工业上合成尿素的条件，在体积为1L的密闭容器中投入4mol NH₃和1mol CO₂，实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图I所示．

①已知总反应的快慢是由较慢的一步反应决定的．则合成尿素总反应的快慢由第

 

步反应决定，总反应进行到

 

min时到达平衡．
②第二步反应的平衡常数K随温度的变化如上右图Ⅱ所示，则△H₂

 

0（填“＞”、“＜”或“=”．）
（2）该小组将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡：H₂NOONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）．实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：

温度/℃	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平均总压强/KPa	5.7	8.3	12.0	17.1	24.0
平均气体总浓度/10-3mol?L-1	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态的标志是

 

．
A．2v（NH₃）=v（CO₂）
B．密闭容器中总压强不变
C．密闭容器中混合气体的密度不变 
D．密闭容器中氨气的体积分数不变
②根据表中数据，计算25.0℃时该分解反应的平衡常数为

 

（保留小数点后一位）．
（3）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180.6KJ?mol^-1
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H₂=-92.4KJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃=-483.6KJ?mol^-1
则4NO（g）+3NH₃（g）+O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O （g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（4）尿素燃料电池的结构如图3所示．其工作时 负极电极反应式可表示为

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡常数的含义,化学平衡状态的判断

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①已知总反应的快慢由慢的一步决定，结合图象变化趋势，图象表达反应的判断，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；当氨基甲酸铵，尿素物质的量不再变化时，反应达到平衡；
②依据化学平衡常数的表达意义和计算分析判断平衡移动方向；
（2）①根据达到平衡状态的特征：各组分浓度不再变化，正逆反应速率相等进行判断；②根据化学平衡常数的表达式进行计算．
（3）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（4）尿素燃料电池依据原电池原理，燃料在负极发生氧化反应，氧气再正极得到电子发生还原反应；结合图中生成产物写出电极反应．

解答： 解：（1）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，所以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二步决定，由图象变化可知当进行到55分钟时，反应达到平衡，
故答案为：2；55；
②第二步反应的平衡常数K随温度的升高增大，说明反应是吸热反应，△H₂＞0，故答案为：＞；
（2）①A、没有标明正逆反应速率，无法判断平衡状态，故A错误；
B、由于反应前后气体的化学计量数之和不相等，压强不变，达到了平衡状态，故B正确；
C、由于反应物是固体，没有达到平衡状态，气体质量会变化，容器体积不变，密度也会发生变化，所以密度不变，达到了平衡状态，故正确；
D、氨气体积分数不变，不能说明正逆反应速率相等，各组分浓度不变，故D错误；
故选BC；
②根据反应：NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），n（NH₃）=2n（CO₂），所以K=c（CO₂）=

1

3

×4.8×10^-3mol?L^-1=1.6×10^-3mol?L^-1，c（NH₃）=

2

3

×4.8×10^-3mol?L^-1=3.2×10^-3mol?L^-1，依据平衡常数的表达式，25.0℃时氨基甲酸铵的分解平衡常数为：1.6×10^-3mol?L^-1×（3.2×10^-3mol?L^-1）²≈1.6×10^-8（mol?L^-1）³，
故答案为：K=1.6×10^-8（mol?L^-1）³；
（3）①工业尾气中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，将其转化为N₂，尿素与NO、NO₂三者等物质的量反应，生成二氧化碳、氮气和水，反应的化学方程式为：CO（NH₂）₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O，故答案为：CO（NH₂）₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O；
②a、N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）．△H=180.6kJ?mol^-1
b、N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1
c、2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
依据盖斯定律c×3-2×b-2×a得到，4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2KJ/mol，
故答案为：1627.2KJ/mol；
（4）依据尿素燃料电池结构，尿素在负极发生氧化反应失电子生成二氧化碳和氮气，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，酸性介质中实际生成水，负极电极反应为：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂↑+N₂↑+6H⁺，故答案为：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂↑+N₂↑+6H⁺．

点评：本题考查了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．