Question

【題目】目前世界上廣泛采用氨和二氧化碳高溫高壓下制備尿素，主要反應(yīng)為兩步：

第一步：生成氨基甲酸銨	第二步：氨基甲酸銨脫水生成尿素
2NH3(l)＋CO2(g)H2NCOONH4(氨基甲酸銨) (l) H1	H2NCOONH4(l)H2O(l)＋H2NCONH2(l) H2
快速放熱	慢速吸熱

（1）寫出制備尿素的總反應(yīng)化學(xué)方程式：____________________________，該反應(yīng)熱為，則______________（“大于”“小于”或“等于”）。

（2）下列說法正確的是________________。

A.利用二氧化碳制備尿素是減緩溫室效應(yīng)的有效方法

B.第二步反應(yīng)高溫條件下自發(fā)進(jìn)行

C.提高投料中的水碳比有利于尿素的生成

D.第一步反應(yīng)的活化能大于第二步反應(yīng)

（3）尿素生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)化率通常用二氧化碳轉(zhuǎn)化率來表示，當(dāng)二氧化碳起始濃度為時(shí)（，水碳比=0.5），尿素平衡轉(zhuǎn)化率隨氨碳比的變化如表所示：

氨碳比/濃度比	2.95	3.10	3.20	3.50
尿素平衡轉(zhuǎn)化率/%	56.4	57.5	57.9	60.0

提高氨碳比有利于生成尿素，主要有兩個(gè)原因：一是增大氨氣濃度有利于反應(yīng)正向移動(dòng)；二是_____________。氨碳比為3.50時(shí)，求該狀態(tài)下的制備尿素總反應(yīng)平衡常數(shù)K=___________.

（4）一定條件下，在圖中繪制氨基甲酸銨（）在反應(yīng)過程中物質(zhì)的量與時(shí)間的關(guān)系圖。

_______________

（5）通過直接尿素燃料電池裝置，實(shí)現(xiàn)了“尿素能”的利用，且產(chǎn)生無污染的產(chǎn)物，寫出負(fù)極反應(yīng)：____________________________.

Answer 1

【答案】 大于 AB 過量氨氣與第二步反應(yīng)生成的水結(jié)合，促進(jìn)平衡正向移動(dòng) 0.13 （出現(xiàn)先上升后下降再穩(wěn)定趨勢(shì)即得分）

【解析】

（1）依據(jù)蓋斯定律分析；

（2）根據(jù)反應(yīng)自發(fā)性、反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的基本原理作答；

（3）從濃度影響化學(xué)平衡的角度考慮；根據(jù)題意，列出三段式，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式列式計(jì)算；

（4）依據(jù)兩步反應(yīng)分析作答；

（5）由題目信息可知原電池負(fù)極發(fā)生尿素的氧化反應(yīng)，在堿性條件下進(jìn)行，故生成碳酸根。

（1）由題意可知兩步反應(yīng)相加即為總反應(yīng)，故制備尿素的總反應(yīng)化學(xué)方程式為：；根據(jù)蓋斯定律，，則有，故答案為：；大于；

（2）A. 用于生產(chǎn)尿素是消耗二氧化碳的有效途徑，A項(xiàng)正確；

B. 第二步反應(yīng)，，高溫自發(fā)，B項(xiàng)正確；

C. 水是第二步反應(yīng)產(chǎn)物，提高水碳比不利于提高尿素的生成，C項(xiàng)錯(cuò)誤；

D. 第一步反應(yīng)快速，第二步反應(yīng)慢速，故第一步反應(yīng)活化能小于第二步反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤；

故答案為AB。

（3）過量氨氣結(jié)合第二步反應(yīng)生成的水，促進(jìn)平衡正向移動(dòng)；由題目中的水碳比和氨碳比，結(jié)合尿素平衡轉(zhuǎn)化率，假設(shè)開始，

開始 7 2 0

轉(zhuǎn)化 2.4 1.2 1.2

平衡 4.6 0.8 1.2，

因水碳比為0.5，起始水蒸氣的濃度為2mol/L0.5=1mol/L，故水蒸氣的平衡濃度為1.2mol/L+1mol/L=2.2mol/L，則平衡常數(shù)；

（4）第一步反應(yīng)快速生成氨基甲酸銨，第二步反應(yīng)消耗較慢，故氨基甲酸銨先累積后達(dá)到平衡濃度，故答案為：（出現(xiàn)先上升后下降再穩(wěn)定趨勢(shì)即得分）；

（5）結(jié)合負(fù)極尿素產(chǎn)生氮?dú)夂吞妓岣�離子，其電極反應(yīng)式為：。