Question

【題目】合理應用和處理氮的化合物，在生產生活中有重要意義。

（1）尿素[CO(NH2)2]是一種高效化肥，也是一種化工原料。

①以尿素為原料在一定條件下發生反應：

CO(NH2)2(s)+H2O(l)2NH3(g)+CO2(g)△H=+133.6 kJ/mol。關于該反應的下列說法正確的是____________________（填序號）。

a．從反應開始到平衡時容器中混合氣體的平均相對分子質量保持不變

b．在平衡體系中增加水的用量可使該反應的平衡常數增大

c．降低溫度使尿素的轉化率增大

d. 縮小容器的體積，平衡向逆反應方向移動，達新平衡時NH3的濃度大于原平衡

②尿素在一定條件下可將氮的氧化物還原為氮氣。

已知：

再結合①中的信息，則反應2CO(NH2)2(s)+6NO(g)5N2(g)+2CO2(g)+4H2O(l)的△H ＝_______kJ/mol。

③密閉容器中以等物質的量的NH3和CO2為原料，在120℃、催化劑作用下反應生成尿素：CO2(g)+2NH3(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g)，混合氣體中NH3的物質的量百分含量隨時間變化關系如圖所示。則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________________。

（2）NO2會污染環境，可用Na2CO3溶液吸收NO2并生成CO2。已知9.2g NO2和Na2CO3溶液完全反應時轉移電子0.1mol，此反應的離子方程式為_________；恰好反應后，使溶液中的CO2完全逸出，所得溶液呈弱堿性，則溶液中離子濃度大小關系是c(Na＋)>______。

（3）用肼燃料電池為電源，通過離子交換膜電解法控制電解液中OH－的濃度來制備納米Cu2O，裝置如圖所示：

上述裝置中B電極應連電極__（填“C”或“D”）。該電解池中的離子交換膜為__（填“陰”或“陽”）離子交換膜。

Answer 1

【答案】a -1804.7kJ/mol > 75% 2NO2+ CO32—=CO2+ NO2—+ NO3— c（NO3—）> c（NO2—）> c（OH—）>c（H＋） D 陰

【解析】

（1）①化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；

a．混合氣體中只有氨氣、二氧化碳，二者物質的量之比為定值2：1，平均相對分子質量不變；

b．平衡常數只受溫度影響；

c．正反應為吸熱反應，降低溫度平衡逆向移動；

d. 縮小容器的體積，平衡向氣體體積增大的正反應方向移動；

②尿素在一定條件下可將氮的氧化物還原為氮氣，反應方程式為：2 CO（NH2）2（s）+6 NO（g）=5 N2（g）+2CO2（g）+4 H2O（l），

已知：①CO(NH2)2 （s）+H2O（l）2NH3（g）+CO2（g）△H=+133.6kJ/mol，

由圖可得熱化學方程式：②4NH3（g）+6 NO（g）=5 N2（g）+6H2O（l）△H=-2071.9 kJ/mol，

根據蓋斯定律，①×2+②可得：2 CO（NH2）2（s）+6 NO（g）=5 N2（g）+2CO2（g）+4 H2O（l）；

③a點未到達平衡，反應繼續向正反應進行，正反應速率減小、逆反應速率增大到b點平衡狀態時正逆速率相等；

設NH3和CO2的起始物質的量為1mol，平衡時氨氣轉化率為x，表示出平衡時各組分物質的量，結合氨氣的體積分數20%列方程計算；

（2）9.2gNO2的物質的量=0.2mol，Na2CO3溶液完全反應生成CO2時轉移電子0.1mol，反應中只有N元素化合價變化，則N的化合價分別由+4價變化為+5價和+3價，反應的離子方程式為：2NO2+CO32-=NO3-+NO2-+CO2，在堿性溶液中應生成NaNO3和NaNO2，二者濃度相等，NO2-水解溶液呈堿性。

（1）①a、混合氣體的平均相對分子質量= ，反應中只有生成物二氧化碳和氨氣為氣體且始終按物質的量之比為1：2生成，故混合氣體的平均相對分子質量始終不變，選項a正確；

b、溫度不變，化學平衡常數不變，選項b錯誤；

c．反應CO(NH2)2(s)+H2O(l)2NH3(g)+CO2(g)△H=+133.6 kJ/mol正反應為吸熱反應，降低溫度平衡逆向移動，尿素的轉化率減小，選項c錯誤；

d. 縮小容器的體積，平衡向氣體體積增大的正反應方向移動，達新平衡時由于體積增大的倍數大于平衡移動增多的氨氣的量的倍數，NH3的濃度小于原平衡，選項d錯誤；

答案選a；

②尿素在一定條件下可將氮的氧化物還原為氮氣，反應方程式為：2 CO（NH2）2（s）+6 NO（g）=5 N2（g）+2CO2（g）+4 H2O（l），

已知：①CO（NH2）2 （s）+H2O（l）2NH3（g）+CO2（g）△H=+133.6kJ/mol，

由圖可得熱化學方程式：②4NH3（g）+6 NO（g）=5 N2（g）+6H2O（l）△H=-2071.9 kJ/mol，

根據蓋斯定律，①×2+②可得：2CO（NH2）2（s）+6NO（g）=5N2（g）+2CO2（g）+4H2O（l）△H=-1804.7KJ/mol；

③氨氣的體積分數從50%變化為20%后體積分數保持不變，說明b點反應達到平衡狀態，a點氨氣體積百分含量大于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點的正反應速率大于b點的正反應速率，故v正（CO2）＞v逆（CO2）；

設NH3和CO2的起始物質的量為1mol，平衡時氨氣轉化率為x，則：

CO2（g）+2NH3（g）CO （NH2）2 （s）+H2O（g），

起始量（mol）：1 1 0

變化量（mol）：0.5x x 0.5x

平衡量（mol）：1-0.5x 1-x 0.5x

氨氣的體積分數==20%，解得x=75%；

（2）9.2gNO2的物質的量=0.2mol，Na2CO3溶液完全反應生成CO2時轉移電子0.1mol，反應中只有N元素化合價變化，則N的化合價分別由+4價變化為+5價和+3價，反應的離子方程式為：2NO2+CO32-=NO3-+NO2-+CO2，在堿性溶液中應生成NaNO3和NaNO2，二者濃度相等，NO2-水解溶液呈堿性，所得溶液中的離子濃度大小關系為c（Na+）＞c（NO3-）＞c（NO2-）＞c（OH-）＞c（H+）；

（3）燃料電池正極通氧氣，負極通燃料，故C為負極，D為正極，銅電極被氧化，發生的電極方程式為2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O，故銅為陽極，與原電池的正極相連，即B與D，A與C相連；答案選B；

根據總反應，則陽極反應為2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O，所以離子交換膜應采用陰離子交換膜。