Question

(14分)尿素是蛋白质代谢的产物，也是重要的化学肥料。工业合成尿素反应如下：

2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)

(1)在一个真空恒容密闭容器中充入CO₂和NH₃发生上述反应合成尿素，恒定温度下混合气体中的氨气含量如图所示。

A点的正反应速率v_正(CO₂)_______B点的逆反应速率v_逆(CO₂)(填“＞”、“＜”或“＝”)；

氨气的平衡转化率为________________________。

（2）氨基甲酸铵是合成尿素的一种中间产物。将体积比为2:1的NH₃和CO₂混合气体充入一个容积不变的真空密闭容器中，在恒定温度下使其发生下列反应并达到平衡：2NH₃(g)＋CO₂(g) NH₂COONH₄(s)

将实验测得的不同温度下的平衡数据列于下表：

温度(℃)	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡气体总浓度 (10^－3mol/L)	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①关于上述反应的焓变、熵变说法正确的是                                。

A.∆H＜0， ∆S＜0            B.∆H＞0， ∆S＜0   

C.∆H＞0， ∆S＞0            D.∆H＜0， ∆S＞0

②关于上述反应的平衡状态下列说法正确的是________________

A.分离出少量的氨基甲酸铵，反应物的转化率将增大

B.平衡时降低体系温度，CO₂的体积分数下降

C.NH₃的转化率始终等于CO₂的转化率

D.加入有效的催化剂能够提高氨基甲酸铵的产率

③氨基甲酸铵极易水解成碳酸铵，酸性条件水解更彻底。将氨基甲酸铵粉末逐渐加入1 L0.1 mol/L的盐酸溶液中直到pH=7(室温下，忽略溶液体积变化)，共用去0.052 mol氨基甲酸铵，此时溶液中几乎不含碳元素。此时溶液中c(NH₄^＋  )=             ；

NH₄^＋  水解平衡常数值为                  。

（3）化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电！用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水又能发电。尿素燃料电池结构如图所示，写出该电池的负极反应式：                               。

Answer

(14分)

（1）大于 75%

（2）①A ②C ③0.1 mol/L 4×10－9

（3）CO(NH2 )2 ＋H2O－6e－= CO2 ＋N 2＋6H＋

【解析】

试题分析：（1）由图示可知，由A到B随着反应的进行，氨气的体积分数不断降低，说明平衡正向移动，，则A点的正反应速率v正(CO2)＞v逆(CO2)B点的逆反应速率，

2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

开始的量 n n 0

变化的量2x x x

平衡的量n-2x n-x x

(n-2x)÷(n-2x＋n-x ＋x)×100%=20% 解得 x=3n/8

氨气的平衡转化率6n/8n×100%=75%。

（2）①根据化学反应2NH3(g)＋CO2(g) NH2COONH4(s)，该反应是熵减的可逆反应，∆S＜0，根据表格提供的数据，温度升高，平衡气体总浓度增大，说明平衡逆向移动，而升高温度，平衡向吸热反应方向移动，该反应的正反应则是放热反应，∆H＜0，选A。

②A.氨基甲酸铵是固体，分离出少量的氨基甲酸铵，平衡不移动，反应物的转化率不变，错误；按系数比加入各反应物，各反应物的转化率相同，B.平衡时降低体系温度，平衡正向移动，氨气和CO2 的转化相同且不变，则CO2的体积分数不变，错误；C.NH3的转化率始终等于CO2的转化率，正确；D.加入有效的催化剂只能加快化学反应速率，不能提高氨基甲酸铵的产率，错误；选C；

③根据电荷守恒，c(NH4＋ )＋C(H＋)=c(Cl－)＋C(OH－)，常温下pH=7的溶液， C(H＋)=c(Cl－)＋C(OH－)，则c(NH4＋ )=c(Cl－)=0.1 mol/L，NH4＋ ＋H2ONH3·H2O＋H＋，[NH4＋ ]=0.1 mol/L，[H＋]=10－7mol/L，根据氮原子守恒，0.052 mol氨基甲酸铵在酸性条件下彻底水解生成氯化铵和氨水，所以[NH3·H2O]=0.104-0.1=0.004 mol/L，则NH4＋ 水解平衡常数值为=(4×10－3)×(10－7)÷0.1=4×10－9。

（3）由图可知，负极的反应物为CO(NH2)2 ，产物为N2和 CO2 ，氮元素由—3价升为0价，根据电子守恒可得：CO(NH2)2 —6e－→N2；根据质子交换膜必须用氢离子使左右电荷守恒，再根据原子守恒配平，则尿素燃料电池的负极反应式为CO(NH2 )2 ＋H2O－6e－= CO2 ＋N2＋6H＋。

考点：考查工业合成尿素的原理，影响平衡状态的标志，原电池的工作原理等知识。