Question

【題目】Ⅰ．尿素[CO(NH2)2]是一種非常重要的高效氮肥，工業上以NH3、CO2為原料生產尿素，該反應實際為兩步反應：

第一步：2NH3(g)＋CO2(g)===H2NCOONH4(s) ΔH=－272kJ·mol－1

第二步：H2NCOONH4(s)===CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH=＋138kJ·mol－1

（1）寫出工業上以NH3、CO2為原料合成尿素的熱化學方程式：_________________________

（2）某實驗小組模擬工業上合成尿素的條件，在一體積為0.5 L密閉容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，實驗測得反應中各組分的物質的量隨時間的變化如下圖所示：

已知總反應的快慢由慢的一步決定，則合成尿素總反應的快慢由第_________步反應決定，總反應進行到_________min時到達平衡。

（3）電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制純凈氫氣的過程中同時產生氮氣。電解時，陽極的電極反應式為________________________________。

Ⅱ．用焦炭還原NO2的反應為：2NO2(g)+2C(s ) N2(g)+2CO2(g)，在恒溫條件下，1 mol NO2和足量C發生該反應，測得平衡時NO2和CO2的物質的量濃度與平衡總壓的關系如圖所示：

①A、B兩點的濃度平衡常數關系：Kc(A)_______Kc(B) （填 “﹥”、“<”或“﹦”）。

②計算C點時該反應的壓強平衡常數Kp(C)=______（Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數）。

Answer 1

【答案】 2NH3(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(NH2)2 (s) ΔH=－134kJ/mol 2 55 CO(NH2)2＋8OH－－6e－＝CO32－＋N2↑＋6H2O = 2 MPa

【解析】Ⅰ．(1)已知：①2NH3(g)+CO2(g)═H2NCOONH4(s)△H=-272kJmol-1；②H2NCOONH4(s)═CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=+138kJmol-1；根據蓋斯定律，①+②可得：2NH3(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(NH2)2 (s)△H=-134kJ/mol，故答案為：2NH3(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(NH2)2 (s)△H=-134kJ/mol；

(2)①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應生成氨基甲酸銨后不再變化發生的是第一步反應，氨基甲酸銨先增大再減小最后達到平衡，發生的是第二步反應，從曲線斜率不難看出第2步反應速率慢，所以合成尿素總反應的快慢由第2步反應決定，根據圖可知，尿素在55分鐘時，物質的量不再變化，即反應達到平衡，所以總反應進行到55min時到達平衡，故答案為：2；55；

(3)電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制純凈氫氣的過程中同時產生氮氣，電解時，陽極上發生氧化反應得到氧化產物，即為氮氣，電極反應式為CO(NH2)2+8OH--6e-=CO32-+N2↑+6H2O，故答案為：CO(NH2)2+8OH--6e-=CO32-+N2↑+6H2O；

Ⅱ．①A、B兩點的溫度相同，平衡常數K只與溫度有關，故濃度平衡常數關系：Kc(A)=Kc(B)；故答案為：=；

②1molNO2和足量C發生該反應，設反應二氧化氮x，列三段式：

2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g)

n始： 1 0 0

n轉： x 0.5x x

n平： 1-x 0.5x x

從圖知C點時NO2和CO2的物質的量濃度，則1-x=x，解得x=0.5，則平衡時總的物質的量為1.25mol，C點時該反應的壓強平衡常數Kp(C)= =2MPa；故答案為：2MPa。