Question

【題目】尿素[CO(NH2)2]是含氮量最高的氮肥。

（1）已知工業(yè)上合成尿素的反應分為 如下兩步：

第1步：2NH3(1)+CO2(g)H2NCOONH4(1) ΔH1=-330.0kJmol-1

第2步：H2NCOONH4(1)H2O(1)+CO(NH2)2(1) ΔH2=+226.3kJmol-1

則下列各圖能正確表示尿素合成過程中能量變化曲線的是___(填字母編號)。

A. B.

C. D.

（2）一定條件下工業(yè)合成尿素的總反應：CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(g)+H2O(g)，t℃時，向容積恒定為2L的密閉容器中加入0.20molCO2和0.80molNH3，反應中CO2的物質的量隨時間變化如下表所示：

時間/min	0	40	70	80	100
n(CO2)/mol	0.20	012	0.10	0.10	0.10

①前40min內(nèi)v(NH3)=___，此溫度下該反應的平衡常數(shù)為___。

②30min時v正(CO2)___80min時v逆(H2O)(選填“>”，“=”或“<”)。

③在100min時，保持其它條件不變，再向容器中充入0.10molCO2和0.40molNH3，重新建立平衡后CO2的轉化率與原平衡相比將___(填“增大”、“不變”或“減小”)。

④氨碳比[]對合成尿素有影響，恒溫恒容條件下將總物質的量為3mol的NH3和CO2的混合氣體按不同的氨碳比進行反應，結果如圖1所示。ab線分別表示CO2或NH3的轉化率變化，c線表示平衡體系中尿素的體積分數(shù)變化[]=___時，尿素產(chǎn)量最大；經(jīng)計算，圖中y=___(精確到0.01)。

（3）工業(yè)生產(chǎn)中為提高尿素的產(chǎn)率可采取的措施有___。

（4）近期科學家發(fā)現(xiàn)微生物可將生產(chǎn)廢水中的尿素直接轉化為對環(huán)境友好的兩種物質，其工作原理如圖2所示�；卮鹣铝袉栴}：

①N極為___板(填“正”或“負”)，M電極反應式___。

②N極消耗標準狀況下336L氣體時，M極理論上處理的尿素的質量為___g。

Answer 1

【答案】C 0.002molL-1min-1 0.556或 > 增大 2 0.36 增大反應物濃度、或增大壓強、或定時分離出尿素 正 CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2↑+N2↑+6H+ 600g

【解析】

從第1步也就是第1個反應可知為放熱反應，反應物的總能量應當大于生成物的總能量；從第2個反應可知為吸熱反應，反應物的總能量應當小于生成物的總能量；據(jù)蓋斯定律將兩個反應相加可以有氨氣與二氧化碳的總能量應當大于水與尿素的總能量；

根據(jù)v（CO2）=c/t進行計算；根據(jù)化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比可以求出氨氣表示的反應速率；從表中的數(shù)據(jù)可知當?shù)?0min時反應達平衡狀態(tài)，根據(jù)三段式進行平衡常數(shù)的計算；

時反應物濃度大，而在80min時反應物濃度小，所以前者大于后者，又因80min時反應已達平衡狀態(tài)，此時正逆反應速率相等；

時反應以達平衡狀態(tài)，再加入原來反應物一半的反應物，又是定容，相當于加壓，據(jù)此進行分析；

從圖像可知當過到2時尿素產(chǎn)量最大，此時氨碳比為2，又因氨氣與二氧化碳總物質的量為3mol，所以可知氨氣為2mol，則二氧化碳為1mol，這時兩種氣體的轉化率均為，據(jù)化學方程式為可知此時二氧化碳為，氨氣為，尿素為，水為，據(jù)此可以求出尿素的體積分數(shù)為；

根據(jù)影響平衡移動的規(guī)律且要滿足使化學平衡向右移動進行分析；

從圖中可知N極為通入氧氣產(chǎn)生水，為得電子，據(jù)原電池原理，故N為正極，M為負極失電子；

氧氣物質的量為：，轉移電子物質的量為：，從M極電極反應式可知尿素物質的量為：，進而計算出尿素的質量。

從第1步也就是第1個反應可知為放熱反應，反應物的總能量應當大于生成物的總能量，可以排除D選項，從第2個反應可知為吸熱反應，反應物的總能量應當小于生成物的總能量，可以排除B選項，據(jù)蓋斯定律將兩個反應相加可以有氨氣與二氧化碳的總能量應當大于水與尿素的總能量，故而選C；

前40min分鐘內(nèi)，二氧化碳變化了，所以V(CO2)= =0.001mol/(Lmin)；據(jù)化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比可以知以氨氣表示的反應速率之比為：，從表中的數(shù)據(jù)可知當?shù)?0min時反應達平衡狀態(tài)，

開始 0 0

轉化

平衡

據(jù)化學平衡常數(shù)表達式：；

時反應物濃度大，而在80min時反應物濃度小，所以前者大于后者，又因80min時反應以達平衡狀態(tài)，此時正逆反應速率相等，故應當是；

時反應以達平衡狀態(tài)，再加入原來反應物一半的反應物，又是定容，相當于加壓，平衡向右移動，故是增大；

從圖像可知當過到2時尿素產(chǎn)量最大，此時氨碳比為2，又因氨氣與二氧化碳總物質的量為3mol，所以可知氨氣為2mol，則二氧化碳為1mol，這時兩種氣體的轉化率均為，據(jù)化學方程式為可知此時二氧化碳為，氨氣為，尿素為，水為，所以尿素的體積分數(shù)為：；

從化學方程式可知提高產(chǎn)率也就是要使化學平衡向右移動，所以可以是：增大反應物濃度、或增大壓強、或定時分離出尿素；

從圖中可知N極為通入氧氣產(chǎn)生水，為得電子，據(jù)原電池原理，故N為正極，M為負極失電子，反應為：；

氧氣物質的量為：，轉移電子物質的量為：，從M極電極反應式可知尿素物質的量為：，所以其質量為：。