Question

1．工業(yè)上用NH₃和CO₂反應(yīng)合成尿素．
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）△H₁=-536.1kJ/mol

（1）該過(guò)程實(shí)際上分兩步進(jìn)行，第一步產(chǎn)生氨基甲酸銨，第二步是氨基甲酸銨脫水生成尿素．請(qǐng)寫出第一步的反應(yīng)方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄．
（2）在一定條件下合成尿素，當(dāng)氨碳比$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=4時(shí)，CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖1所示，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是BD（填標(biāo)號(hào)）．
A．該反應(yīng)在60min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)；
B．NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為70%；
C．增加氨碳比可進(jìn)一步提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率；
D．M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v_逆（CO₂）大于N點(diǎn)的正反應(yīng)速率v_正（CO₂）；
（3）反應(yīng)2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g），在200℃時(shí)可自發(fā)向正反應(yīng)進(jìn)行，則升高溫度，平衡常數(shù)K減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”、“不變”）．
（4）若一定條件下得到的尿素為固體，2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g），開始在一密閉容器中充入0.1mol NH₃、0.65mol CO₂、0.65mol H₂O（g），保持溫度不變，達(dá)到平衡時(shí)，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量與起始相比變�。ㄌ睢白兇蟆薄ⅰ白冃　�、“不變”）．
（5）尿素在一定溫度和壓力下會(huì)部分變?yōu)镹H₄CNO（氰酸銨），已知25℃氨水的電離常數(shù)為1.7×10^-5，氰酸HCNO的電離常數(shù)為3.3×10^-4．氰酸銨水溶液中各離子的濃度大小順序?yàn)閏（CNO^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（6）電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制氫的裝置示意圖如圖2（電解池中隔膜僅阻止氣體通過(guò)，a、b極均為惰性電極）．電解時(shí)，a極的電極反應(yīng)式為CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，若在b極產(chǎn)生標(biāo)況下224mL氫氣，則消耗尿素0.2g．

Answer 1

分析 （1）該過(guò)程實(shí)際上分兩步進(jìn)行，第一步產(chǎn)生氨基甲酸銨，反應(yīng)方程式為：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄；
（2）A．圖象縱坐標(biāo)表示二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，橫坐標(biāo)表示時(shí)間變化，圖象表示的二氧化碳的轉(zhuǎn)化率隨著時(shí)間的變化關(guān)系，轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化量}{初始量}$，反應(yīng)未達(dá)到平衡前二氧化碳的轉(zhuǎn)化率始終變化，只有達(dá)到平衡才能保持不變，所以可以作為判斷平衡的標(biāo)志；
B．三段式表示各物質(zhì)的物質(zhì)的量的關(guān)系，套用公式求解；
C．反應(yīng)達(dá)到平衡后再增加氨氣的用量可以是平衡進(jìn)一步向正反向移動(dòng)，消耗的二氧化碳增多，故轉(zhuǎn)化率提高．
D．M點(diǎn)達(dá)到平衡時(shí)V（正）=V（逆），所以比較M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率與N點(diǎn)的正反應(yīng)速率可以轉(zhuǎn)化為比較M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率和N點(diǎn)的逆反應(yīng)速率；
（3）依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，結(jié)合反應(yīng)特征分析，低溫下自發(fā)進(jìn)行，說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡常數(shù)K減��；
（4）尿素為固體，開始在一密閉容器中充入0.1molNH₃、0.65mol CO₂、0.65molH₂O（g），相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，混合氣體的平均相對(duì)分子量變小；（5）25℃氨水的電離常數(shù)為1.7×10^-5，氰酸HCNO的電離常數(shù)為3.3×10^-4，所以氰酸銨水溶液中銨離子的水解程度大于氰酸根離子的水解程度，溶液呈酸性；
（6）尿素[CO（NH₂）₂]中的氮由-3價(jià)到0價(jià)，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以a為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；根據(jù)關(guān)系式：CO（NH₂）₂～6e^-～3H₂，來(lái)求解．

解答 解：（1）該過(guò)程實(shí)際上分兩步進(jìn)行，第一步產(chǎn)生氨基甲酸銨，反應(yīng)方程式為：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄，故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄；
（2）A．從圖象中可知0-60min二氧化碳的轉(zhuǎn)化率始終增大，到60min后保持不變，說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡，故A正確；
B．設(shè)氨氣的物質(zhì)的量為4mol，則二氧化碳的物質(zhì)的量為1mol，平衡時(shí)消耗的二氧化碳為1×60%=0.6
              2NH₃+CO₂ $\stackrel{一定條件}{?}$ CO（NH₂）₂+H₂O
初始量（mol）   4   1        0          0
轉(zhuǎn)化量（mol）  1.2  0.6             
則氨氣的轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.2}{4}$×100%=30%  故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)達(dá)到平衡后再增加氨氣的用量可以使平衡進(jìn)一步向正反向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率提高，故C正確；
D．N點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡，N點(diǎn)的正反應(yīng)速率υ_正（CO₂）等于N點(diǎn)的逆反應(yīng)速率υ_逆（CO₂），M點(diǎn)時(shí)生成物的濃度低于N點(diǎn)的濃度所以M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率υ_逆（CO₂）小于N點(diǎn)的逆反應(yīng)速率υ_逆（CO₂），也就是小于N點(diǎn)的正反應(yīng)速率υ_逆（CO₂），故D錯(cuò)誤；
故選BD；
（3）依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，結(jié)合反應(yīng)特征分析，低溫下自發(fā)進(jìn)行，說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡常數(shù)K減小，故答案為：減��；
（4）尿素為固體，開始在一密閉容器中充入0.1molNH₃、0.65mol CO₂、0.65molH₂O（g），相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，混合氣體的平均相對(duì)分子量變小，故答案為：變��；
（5）25℃氨水的電離常數(shù)為1.7×10^-5，氰酸HCNO的電離常數(shù)為3.3×10^-4，所以氰酸銨水溶液中銨離子的水解程度大于氰酸根離子的水解程度，溶液呈酸性，所以離子濃度大小順序?yàn)椋篶（CNO^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故答案為：c（CNO^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（6）尿素[CO（NH₂）₂]中的氮由-3價(jià)到0價(jià)，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以a為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；根據(jù)關(guān)系式：CO（NH₂）₂～6e^-～3H₂，所以尿素的質(zhì)量為：$\frac{60×224×1{0}^{-3}}{3×22.4}$=0.2g，故答案為：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；0.2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)概念、特征、平衡轉(zhuǎn)化率的求算、方程式的書寫和電極反應(yīng)式的書寫，題目難度中等，解此類題關(guān)鍵要看清圖象表達(dá)的含義，運(yùn)用平衡理論求解．