题目内容

【题目】尿素[CO(NH2)2]是可由无机化合物合成的有机化合物,通常用作植物的氮肥。

(1)合成尿素的主要反应如下:

i.2NH3(g)+CO2(g)(l)(氨基甲酸铵)△H=-159.5kJ·mol-1

ii. (l)(l)+H2O(g)△H=+116.5kJ·mol-1

①CO2和NH3合成尿素的热化学方程式是____。

②工业上提高氨碳比[(原料用量均增大),可以提高尿素的产率,结合反应i~ii,解释尿素产率提高的原因: ____。

(2)某科研小组模拟工业合成尿素,一定条件下,在0.5 L的密闭容器中充入4 mol NH3和1molCO2,测得反应中各组分的物质的量随时间变化如图所示。.

①反应进行到10 min时,用CO2表示反应i的速率v(CO2)=___。

②已知总反应的快慢由慢的一步反应决定,则合成尿素总反应进行到___min时达到平衡。

③合成尿素总反应的平衡常数为____。

(3)我国研制出金属镍钼基高效电催化剂,实现电解富尿素废水低能耗制H2(装置如图)。

①电极B为___(填“阴”或“阳”)极。

②A电极的电极反应式为____________。

【答案】2NH3(g)+CO2(g)(l)+H2O(g)△H=-43kJ·mol-1 有利于反应ⅰ、ⅱ正向移动,从而提高尿素产率 55 阴 CO(NH2)2-6e-+H2O=3H2↑+N2↑+6H+

【解析】

(1)根据盖斯定律及平衡移动原理分析解答;(2)根据速率表达式及平衡常数表达式计算;(3)根据电解质原理分析解答。

(1)①由盖斯定律,CO2和NH2合成尿素的热化学方程式由反应ⅰ+反应ⅱ,可得:2NH3(g)+CO2(g)(l)+H2O(g) △H=-159.5kJ·mol-1+116.5kJ·mol-1=-43kJ·mol-1,故答案为:2NH3(g)+CO2(g)(l)+H2O(g) △H=-43kJ·mol-1;

②根据反应ⅰ和反应ⅱ分析,提高氨碳比[,有利于反应ⅰ、ⅱ正向移动,从而提高尿素产率,故答案为:有利于反应ⅰ、ⅱ正向移动,从而提高尿素产率;

(2)①如图所示,10min时,n(CO2)=0.24mol,则,故答案为:;

②根据图示知,反应ii反应慢,则合成尿素总反应进行到55min时到达平衡,故答案为:55;

③合成尿素总反应的平衡常数为,故答案为:;

(3)①电极B上生成氢气,H元素化合价减低,得电子发生还原反应,所以B电极为阴极,故答案为:阴;

②A电极上CO(NH2)2转换生成N2,N化合价升高,失去电子,作为阳极,电极反应为:

CO(NH2)2-6e-+H2O=3H2↑+N2↑+6H+,故答案为:CO(NH2)2-6e-+H2O=3H2↑+N2↑+6H+。

练习册系列答案
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(1)盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义,有些反应的反应热虽然无法直接测得,但可通过间接的方法推算。现根据下列3个热化学反应方程式:

①MnO2(s)+CO(g)=MnO(s)+CO2(g) H=﹣150.6kJ/mol

②Mn3O4(s)+CO(g)=3MnO(s)+CO2(g) H=﹣54.4kJ/mol

③3Mn2O3v+CO(g)=2Mn3O4(s)+CO2(g) H=﹣142.3kJ/mol

写出CO气体还原MnO2固体得到Mn2O3固体和CO2气体的热化学反应方程式:_________

(2)①一定温度下,在5L的密闭容器中放入足量碳酸锰(固体所占体积忽略不计)发生反应:MnCO3(s)MnO(s)+CO2(g),若前2min 内生成MnO的质量为7.1 g,则该段时间内v(CO2)=____________mol·L-1·min-1。

②保持温度不变,若t0时刻达到平衡时,CO2浓度为cmol/L;t1时刻,将容器体积缩小为原来的一半并固定不变,在t2时刻再次达到平衡,则下列图像正确的是_____(填字母)。

(3)已知Fe3+、Al3+、Mn2+的氢氧化物开始沉淀及沉淀完全时的pH如下表所示,当Al3+完全沉淀时,若要使Mn2+不沉淀,则Mn2+的最大浓度为_______________。(已知:Ksp[Mn(OH)2] = 1.9×1013)

氢氧化物

Fe(OH)3

Al(OH)3

Mn(OH)2

开始沉淀pH

1.8

4.1

8.3

完全沉淀pH

3.2

5.0

9.8

(4)高锰酸钾在不同的条件下发生的反应如下:

MnO4-+5e-+8H+==Mn2++4H2O

MnO4-+3e-+2H2O==MnO2↓+4OH-;

MnO4-+e-==MnO42-

①从上述三个半反应中可以得出的结论是_______________。

②将SO2通入高锰酸钾溶液中,观察到的现象是________。

(5)向酸性高锰酸钾溶液中加入草酸溶液,开始时反应缓慢,稍后一段时间产生气体速率迅速加快。产生气体速率迅速加快的原因是_______________,写出反应的离子方程式____________________。

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