Question

4．工业合成尿素反应为：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点的正反应速率与B点的逆反应速率的关系：v_正（CO₂）＞v_逆（CO₂）（填“＞”、“＜”或“=”）


（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下表：

温度（℃）	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡气体总浓度 （10-3mol•L-1）	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
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C
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）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CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）图象分析氨气的体积分数从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；
（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；
反应物是气体，产物是固体，该反应是熵减小的过程；
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；
B．氨基甲酸铵为固体，所以NH₃和CO₂始终为2：1；
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；
D．催化剂只改变速率，不改变平衡移动，由此进行判断；
（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．

解答 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），
故答案为：＞；
（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，
故选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；
故选C；
（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，负极反应为CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺，
故答案为：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺．

点评 本题考查化学反应速率、化学平衡的移动原理、弱碱根离子在溶液中的水解平衡的计算应用以及燃料电池负极反应式的书写等知识，综合性较大，难度中等．