Question

6．尿素是蛋白質代謝的產物，也是重要的化學肥料．工業(yè)合成尿素反應如下：
2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）
（1）在一個真空恒容密閉容器中充入CO₂和NH₃發(fā)生上述反應合成尿素，恒定溫度下混合氣體中的氨氣含量如圖所示．
A點的正反應速率v_正（CO₂）＞B點的逆反應速率v_逆（CO₂）  （填“＞”、“＜”或“=”）；
氨氣的平衡轉化率為75%．
（2）氨基甲酸銨是合成尿素的一種中間產物．將體積比為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，在恒定溫度下使其發(fā)生下列反應并達到平衡：2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂COONH₄（s）
將實驗測得的不同溫度下的平衡數據列于下表：

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關于上述反應的焓變、熵變說法正確的是A．
A．△H＜0，△S＜0B．△H＞0，△S＜0    C．△H＞0，△S＞0D．△H＜0，△S＞0
 ②關于上述反應的平衡狀態(tài)下列說法正確的是C
A．分離出少量的氨基甲酸銨，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的轉化率始終等于CO₂的轉化率
D．加入有效的催化劑能夠提高氨基甲酸銨的產率
（3）化學家正在研究尿素動力燃料電池，尿液也能發(fā)電！用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產生凈化的水又能發(fā)電．尿素燃料電池結構如圖所示，寫出該電池的負極反應式：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，開始時氨氣的體積分數為50%，60s達到平衡狀態(tài)，體積分數減小為20%，A點時反應正向移動，則
         2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）
開始        a               a                                             0
轉化       2x             x                                              x
平衡     a-2x            a-x                                            x
則$\frac{a-2x}{2a-2x-x+x}$×100%=20%，解得x=$\frac{3}{8}$a，以此計算轉化率；
（2）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂COONH₄（s）中氣體減小，由表格數據可知，溫度越高，平衡氣體總濃度越大，則升高溫度平衡逆向移動；
②A．分離出少量的氨基甲酸銨，平衡不移動；
B．平衡時降低溫度，平衡正向移動，但CO₂的體積分數不變；
C．將體積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體，轉化量為2：1；
D．加入有效的催化劑，平衡不移動；
（3）由尿素燃料電池的結構可知，正極上氧氣得到電子生成水，負極上尿素失去電子生成氮氣和二氧化碳．

解答 解：（1）由圖可知，開始時氨氣的體積分數為50%，60s達到平衡狀態(tài)，體積分數減小為20%，A點時反應正向移動，可知A點的正反應速率v_正（CO₂）＞B點的逆反應速率v_逆（CO₂），則
         2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）
開始        a               a                                             0
轉化       2x             x                                              x
平衡     a-2x            a-x                                            x
則$\frac{a-2x}{2a-2x-x+x}$×100%=20%，解得x=$\frac{3}{8}$a，
氨氣的平衡轉化率為$\frac{\frac{3}{8}a×2}{a}$×100%=75%，
故答案為：＞；75%；
（2）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂COONH₄（s）中氣體減小，則△S＜0；由表格數據可知，溫度越高，平衡氣體總濃度越大，則升高溫度平衡逆向移動，可知正反應為放熱反應，則△H＜0，故答案為：A；
②A．分離出少量的氨基甲酸銨，平衡不移動，則反應物的轉化率不變，故A錯誤；
B．平衡時降低溫度，平衡正向移動，但CO₂的體積分數不變，故B錯誤；
C．將體積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體，轉化量為2：1，則NH₃的轉化率始終等于CO₂的轉化率，故C正確；
D．加入有效的催化劑，平衡不移動，氨基甲酸銨的產率不變，故D錯誤；
故答案為：C；
（3）由尿素燃料電池的結構可知，負極上尿素失去電子生成氮氣和二氧化碳，負極反應為CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺，故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-=CO₂+N₂+6H⁺．

點評 本題考查化學平衡計算及原電池、焓變等，為高頻考點，把握化學平衡三段法、轉化率的計算、電極反應為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意平衡移動原理的應用，題目難度中等．