尿素是蛋白質代謝的產物，也是重要的化學肥料．工業合成尿素反應如下：2NH3（g）+CO2（g）═CO（NH2）...

國語站題庫 2.79W

問題詳情：

尿素是蛋白質代謝的產物，也是重要的化學肥料．工業合成尿素反應如下：

2NH3（g）+CO2（g）═CO（NH2）2（s）+H2O（g）

（1）在一個真空恆容密閉容器中充入CO2和NH3發生上述反應合成尿素，恆定溫度下混合氣體中的氨氣含量如圖1所示．

A點的正反應速率v正（CO2）　　B點的逆反應速率v逆（CO2）（填“＞”、“＜”或“=”）；氨氣的平衡轉化率爲　　．

（2）氨基**銨是合成尿素的一種中間產物．將體積比爲2：1的NH3和CO2混合氣體充入一個容積不變的真空密閉容器中，在恆定溫度下使其發生下列反應並達到平衡：2NH3（g）+CO2（g）═NH2COONH4（s）將實驗測得的不同溫度下的平衡數據列於表：

溫度（℃）	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡氣體總濃度（10﹣3mol/L）	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①關於上述反應的焓變、熵變說法正確的是　．

A．△H＜0，△S＜0B．△H＞0，△S＜0 C．△H＞0，△S＞0D．△H＜0，△S＞0

②關於上述反應的平衡狀態下列說法正確的是　　

A．分離出少量的氨基**銨，反應物的轉化率將增大

B．平衡時降低體系溫度，CO2的體積分數下降

C．NH3的轉化率始終等於CO2的轉化率

D．加入有效的催化劑能夠提高氨基**銨的產率

③氨基**銨極易水解成碳*銨，**條件水解更徹底．將氨基**銨粉末逐漸加入1L0.1mol/L的鹽*溶液中直到pH=7（室溫下，忽略溶液體積變化），共用去0.052mol氨基**銨，此時溶液中幾乎不含碳元素．

此時溶液中c（NH4+）=　　；（填具體數值）NH4+水解平衡常數值爲　　．

（3）化學家正在研究尿素動力燃料電池，尿液也能發電！用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產生淨化的水又能發電．尿素燃料電池結構如圖2所示，寫出該電池的負極反應式：　　．

【回答】

【考點】化學平衡的計算；反應熱和焓變；原電池和電解池的工作原理；化學平衡狀態的判斷．

【專題】化學反應中的能量變化；化學平衡專題．

【分析】（1）圖象分析氨氣的體積分數從50%變化爲20%後體積分數保持不變，說明B點反應達到平衡狀態，A點氨氣體積百分含量大於B的氨氣體積百分含量，說明反應正向進行達到平衡狀態，A點的正反應速率大於B點的正反應速率；依據氨氣的體積分數結合平衡三段式列式計算平衡轉化率；

（2）①根據表中的數據分析：溫度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高溫度，平衡逆向移動，正反應反應是放熱反應；

反應物是氣體，產物是固體，該反應是熵減小的過程；

②A．因爲氨基**銨爲固體，分離出少量的氨基**銨，平衡不移動；

B．氨基**銨爲固體，所以NH3和CO2始終爲2：1；

C．因爲體積比爲2：1的NH3和CO2混合氣體充入反應，NH3和CO2又按照2：1的消耗，所以NH3的轉化率始終等於CO2的轉化率；

D．催化劑只改變速率，不改變平衡移動，由此進行判斷；

③根據氨基**銨極易水解成碳*銨，即反應式爲NH2COONH4（s）+H2O⇌（NH4）2CO3，將氨基**銨粉末逐漸加入1L0.1mol/L的鹽*溶液中直到pH=7並且溶液中幾乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH﹣、Cl﹣，根據電荷守恆計算c（NH4+），根據NH4++H2O⇌NH3•H2O+OH﹣結合K=進行計算；

（3）尿素燃料電池中尿素再負極上失去電子生成氮氣、二氧化碳．

【解答】解：（1）氨氣的體積分數從50%變化爲20%後體積分數保持不變，說明B點反應達到平衡狀態，A點氨氣體積百分含量大於B的氨氣體積百分含量，說明反應正向進行達到平衡狀態，A點的正反應速率大於B點的正反應速率，故v正（CO2）＞v逆（CO2）；

設氨氣消耗物質的量x，開始氨氣體積分數爲50%，假設氨氣爲50mol，二氧化碳爲50mol，

CO2+2NH3⇌（NH2）2CO+H2O

起始量（mol） 50 50 0 0

變化量（mol） 0.5x x 0.5x 0.5x

平衡量（mol） 50﹣0.5x 50﹣x 0.5x 0.5x

氨氣的體積分數==20%；解得：x=37.5mol，

氨氣的平衡轉化率=×100%=75%，

故*爲：＞；75%；

（2）①根據表中的數據分析：溫度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高溫度，平衡逆向移動，正反應反應是放熱反應，故△H＜0；

反應物是氣體，產物是固體，該反應是熵減小的過程，即，△S＜0，

故*爲：A；

②A．因爲氨基**銨爲固體，分離出少量的氨基**銨，平衡不移動，所以反應物的轉化率不變，故A錯誤；

B．平衡時降低體系溫度，平衡向放熱方向即正反應方向移動，又氨基**銨爲固體，所以NH3和CO2始終爲2：1，則CO2的體積分數不變，故B錯誤；

C．因爲體積比爲2：1的NH3和CO2混合氣體充入反應，NH3和CO2又按照2：1的消耗，所以NH3的轉化率始終等於CO2的轉化率，故C正確；

D．催化劑只改變速率，不改變平衡移動，所以加入有效的催化劑不能夠提高氨基**銨的產率，故D錯誤；

故*爲：C；

③因爲氨基**銨極易水解成碳*銨，即反應式爲NH2COONH4（s）+H2O⇌（NH4）2CO3，加入1L0.1mol/L的鹽*溶液中直到溶液pH=7並且溶液中幾乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH﹣、Cl﹣，根據電荷守恆c（NH4+）=c（Cl﹣）=0.1mol/L，又用去0.052mol氨基**銨，所以開始溶液中的銨根離子濃度爲0.052mol/L×2=0.104mol/L，

NH4++H2O⇌NH3•H2O+H+；

開始 0.104mol/L 0

轉化 0.004mol/L 0.004mol/L

平衡 0.1mol/L 0.004mol/L

又溶液爲pH=7，所以*離子濃度爲10﹣7mol/L，則NH4+水解平衡常數K===4×10﹣9，