题目内容

7．二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源．以CO2和NH3为原料合成尿素是固定和利用CO2的成功范例．在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应  I：2NH3（g）+CO2（g）?NH2COONH4（s）△H1=-159.47KJ•mol-1
反应 II：NH2COONH4（s）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H2=+72.49KJ•mol-1
请回答下列问题：
（l）写出CO2和NH3为原料生成尿素和气态水的热化学反应方程式2NH3（g）+CO2（g）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=-86.98kJ•mol-1，反应 II自发进行的条件是高温．
（2）CO2和NH3为原料合成尿素的反应中影响CO2转化率的因素很多，图1为某待定条件下，不同水碳比[$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$]和温度影响CO2转化率变化的趋勢曲线．下列说法不正确的是ABCD．
A．温度升髙该反应平衡常数逐渐减小，移走部分尿素平衡向正方向移动
B．当温度低于190℃，随温度升髙CO2转化率逐渐增大，其原因可能是温度升高平衡向正方向移动
C．当温度髙于190℃后，随温度升髙CO2转化率逐渐减小，其原因可能是温度升高发生了副反应
D．其他条件相同时，为提髙CO2的转化率，生产中可以采取的措施是提高水碳比
（3）某研究小组为探究反应I中影响C（CO2）的因素，在恒温下将0.4molNH3和0.2molCO2放入容积为2L的密闭容器中，t1时达到平衡，其c（CO2）随时间t变化趋势曲线如图2所示．则其逆反应的平衡常数为6.25×10-5．若其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1L，请画出t1〜t2时间段C（CO2）随时间t变化趋势曲线（t2时达到新的平衡）．

（4）电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如图3，请写出在A电极上发生的电极反应式CO（NH2）2-6e-+8OH-=CO32-+N2↑+6H2O．

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算Ⅰ+Ⅱ得到CO2与NH3合成尿素和气态水的热化学反应方程式；△H-T△S＜0的反应能够自发进行；
（2）A、CO2和NH3为原料合成尿素的反应是放热反应，升温平衡逆向进行；减小生成物浓度平衡正向移动，但尿素是固体，据此分析；
B、温度低于190℃时反应没有达到平衡状态；
C、当温度在190℃时反应达到平衡状态，温度升髙平衡逆向移动；
D、据图分析，水碳比越大二氧化碳转化率越低；
（3）依据热化学方程式2NH3（g）+CO2（g）?NH2CO2NH4（s）结合平衡常数的概念和图中数据计算其逆反应的平衡常数；图象分析二氧化碳的平衡浓度为0.025mol/L，体积缩小一半浓度增大一倍应为0.05mol/L，随反应进行达到平衡状态，因为生成物为固体，最后达到相同平衡状态，二氧化碳浓度不变，据此画出变化曲线；
（4）尿素[CO（NH2）2]中的氮由-3价到0价，发生氧化反应，A为阳极，据此分析．

解答 解：（1）①2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）△H=-l59.47kJ•mol-1
②NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=+72.49kJ•mol-1
依据热化学方程式和盖斯定律计算Ⅰ+Ⅱ得到CO2与NH3合成尿素和气态水的热化学反应方程式为2NH3（g）+CO2（g）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=-86.98kJ•mol-1；反应 II：NH2COONH4（s）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H2=+72.49KJ•mol-1为气体体积增大的吸热反应，若使△H-T△S＜0，必须高温下，
故答案为：2NH3（g）+CO2（g）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=-86.98kJ•mol-1；高温；
（2）A、CO2和NH3为原料合成尿素的反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，尿素为固体，移走部分尿素对生成物浓度没有影响，平衡不移动，故A错误；
B、温度低于190℃时反应没有达到平衡状态，所以二氧化碳的转化率逐渐增大，故B错误；
C、当温度在190℃时反应达到平衡状态，CO2和NH3为原料合成尿素的反应是放热反应，升温平衡逆向进行，二氧化碳转化率减小，故C错误；
D、据图分析，水碳比越大二氧化碳转化率越低，故D错误；
故答案为：ABCD；
（3）据图可知平衡状态时c（CO2）=0.025mol/L，反应了0.075mol/L，则平衡时c（NH3）=0.05mol/L，反应Ⅰ：2NH3（g）+CO2（g）?NH2CO2NH4（s）△H1=-159.47kJ•mol-1，其逆反应的平衡常数K=[NH3]2×[CO2]=0.052×0.025=6.25×10-5，；
在恒温下将0.4mol NH3和0.2mol CO2放入容积为2L的密闭容器中，达到平衡时，
                      2NH3（g）+CO2（g）?NH2CO2NH4（s）
起始量（mol/L）  0.2       0.1           0
变化量（mol/L） 0.15       0.075
平衡量（mol/L） 0.05        0.025
t1时达到平衡过程中c（CO2）随时间t变化趋势曲线如图2所示．若其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1L，二氧化碳浓度应增大到0.05mol/L，压强增大，平衡正向进行，由于生成物是固体，所以达到平衡状态，二氧化碳浓度保持不变，据此画出变化曲线为：
，
故答案为：6.25×10-5；；

（4）尿素[CO（NH2）2]中的氮由-3价到0价，发生氧化反应，A为阳极，电极反应式为：CO（NH2）2-6e-+8OH-=CO32-+N2↑+6H2O，故答案为：CO（NH2）2-6e-+8OH-=CO32-+N2↑+6H2O．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、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．

练习册系列答案
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2．N2O5是一种新型绿色硝化剂．用硼氢化钠（NaBH4）燃料电池做电源，电解法制备N2O5的装置简图如下（隔膜只允许H+ 通过）．

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时间/s050010001500
c（N2O5）/mol•L-15.002.252.502.50
（3）500s 时，c（O2）=1.375 mol?L-1．
（4）t℃时，该反应平衡常数K值为1.25．
（5）下列措施能降低N2O5分解率的是③④⑤．
①升温  ②通入N2  ③通入O2 ④通入N2O5 ⑤NO2．
12．砷的一些化合物常用作半导体、除草剂、杀鼠药等．回答下列问题：
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（3）As4O6的分子结构如图所示，其中As原子的杂化方式为sp3，1mol As4O6含有σ键的物质的量为12mol．
（4）晶胞有两个基本要素：

①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，LiZnAs基稀磁半导体的晶胞如图所示，其中原子
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②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知LiZnAs单晶的晶胞参数α=594pm，NA表示阿伏加德罗常数的数值，其密度为$\frac{4×147}{（5.94×1{{0}^{-8}）}^{3}{N}_{A}}$g•cm-3（列出计算式即可）．
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B．实验室配制的亚铁盐溶液在空气中被氧化：4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-
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D．用酸化的高锰酸钾溶液氧化双氧水：2MnO4-+6H++H2O2═2Mn2++3O2↑+4H2O
16．室温下，向200mL 0.1mol•L-1CH3COONa溶液中，逐渐加入0.1mol•L-1盐酸（不考虑挥发），CH3COOH、CH3COO-物质的量随加入盐酸体积的变化关系如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．随着盐酸加入，溶液中水的电离程度逐渐增大
B．随着盐酸加入，$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$逐渐增大
C．M 点，n（H+）-n（OH-）=（a×10-4-0.01）mol
D．当 V（盐酸）=200mL时，c（CH3COO-）+c（CH3COOH）＞c（Cl-）
17．某同学看到“利用零价铁还原NO3-脱除地下水中硝酸盐”的相关资料后，利用如下装置探究铁粉与KNO3溶液的反应．实验步骤及现象如下：
实验步骤实验现象
1．打开弹簧夹，缓慢通入N2
2．加入pH为2.5的0.01mol/L酸性KNO3溶液100mL铁粉部分溶解，溶液呈浅绿色；
铁粉不再溶解后，剩余铁粉表面出现少量白色物质附着．
3．反应停止后，拔掉橡胶塞，将圆底烧瓶取下烧瓶内气体的颜色没有发生变化．
4将剩余固体过滤表面的白色物质变为红褐色．
（1）通入N2并保持后续反应均在N2氛围中进行的实验目的是防止空气中的O2对Fe和NO3-反应的干扰，避免影响反应产物的判断．
（2）白色物质是Fe（OH）2，用化学方程式解释其变为红褐色的原因：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3．
（3）为了探宄滤液的成分，该同学进一步设计了下述实验：
实验步骤实验现象
1．取部分滤液于试管中，向其中加入KSCN溶液溶液液无变化
2．将上述溶液分为两份，一份中滴入氯气；另一份中滴加稀硫酸两份溶液均变为红色
3．另取部分滤液于试管中，向其中加入浓NaOH溶液并加热，在试管口放置湿润的红色石蕊试纸．有气体生成，该气体使红色石蕊试纸变蓝．
（i）根据以上实验现象，可以判断滤液中存在NH4+、Fe2+、NO3-离子．
（ii）步骤2中滴加稀硫酸后溶液会由浅绿色变成红色，请用离子方程式解释其原因3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O．

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