Question

（15分）（一） 尿素又称碳酰胺，是含氮量最高的氮肥，工业上利用二氧化碳和氨气在一定条件下合成尿素。其反应分为如下两步：

第一步：2NH₃（l）＋CO₂（g）H₂NCOONH₄（氨基甲酸铵）（l）   △H₁= -330．0 kJ·mol^－1

第二步：H₂NCOONH₄（l）H₂O（l）＋H₂NCONH₂（l）  △H₂= + 226．3 kJ·mol^－1

某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0．5 m³ 密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第      步反应决定。

②反应进行到10 min时测得CO₂的物质的量如上图所示，则用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）＝  mol/（L·min）。

③当反应在一定条件下达到平衡，若在恒温、恒容下再充入一定量气体He，则CO（NH₂）₂（l）的质量_________（填“增加”、“减小”或“不变”）。

（二）氨是制备尿素的原料，NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。

氨气溶于水得到氨水，在25℃下，将amol/L的氨水与bmol/L的硫酸以3∶2体积比混合反应后溶液呈中性。用含a和b的代数式表示出氨水的电离平衡常数为_________。

（三）氢气是合成氨的原料。“氢能”将是未来最理想的新能源。

（1）在25℃,101KPa条件下，1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出142．9kJ热量，则表示氢气燃烧热的热化学方程式为                                           。

（2）氢气通常用生产水煤气的方法制得。其中C（s）+ H₂O（g）CO（g）+H₂（g），在850℃时平衡常数K=1。若向1升的恒定密闭真空容器中同时加入x mol C和6．0mol H₂O。

①当加热到850℃反应达到平衡的标志有______________ 。

A．容器内的压强不变

B．消耗水蒸气的物质的量与生成CO的物质的量相等

C．混合气的密度不变

D．单位时间有n个H-O键断裂的同时有n个H-H键断裂

②x应满足的条件是                  。

（四）CO₂是合成尿素的原料，但水泥厂生产时却排放出大量的CO₂。华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示：

（1）上述生产过程的能量转化方式是                                       。

（2）上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为         ，阴极的电极反应式为              。

Answer

（15分） （一） ① 二 （1分）； ② 1．5×10—4 （2分）③ 不变（1分）

（二） mol/L （3分）

（三）（1） H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l） △H=-285．8kJ/mol（2分）

（2） ① A、C（2分） ② x＞2（1分）

（四）（1）太阳能和电能转化为化学能（1分）

（2） 2CO32－－4e－=2CO2↑+O2↑（1分）； 3CO2+4e－=C+2CO32－（1分）

【解析】

试题分析： （一） ①由图像可分析在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化，发生的是第一不反应，氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二步反应，从曲线斜率看出第二步反应速率慢，已知总反应的快慢由慢的一步决定，所以总反应的快慢由第二步决定。 ② 从图像分析，二氧化碳再进行到10分钟时物质的量为0.25摩尔，所以此时的反应速率为（1-0.25）÷500÷10=1．5×10—4 mol/（L·min）。③ 恒温、恒容的条件下再充入一定量氦气，对平衡不产生影响，所以质量不变。（二）amol/L的氨水和bmol/L的硫酸以3:2体积比混合反应后溶液显中性，设硫酸的体积为2V，则氨水的体积为3V，硫酸根的物质的量为2bV摩尔，电荷守恒，铵根离子物质的量=硫酸根的2倍=4bV摩尔，所以铵根离子浓度=4bV/3Vmol/L=4b/3mol/L，氨水中电离常数=c(NH4+)c（OH-）/c（NH3·H2O）= (4b/3)10-7÷(a-4b/3)=mol/L。（三）（1）氢气燃烧热的化学方程式为：，已知25℃,101KPa条件下，1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出142．9kJ热量，所以反应热为285.5KJ，热化学方程式为： H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l） △H=-285．8kJ/mol。（2） ①A、反应前后气体的体积不等，所以容器内的压强不变可以做判断平衡状态的标志；B、消耗水蒸气是正反应，生成一氧化碳是正反应，故消耗水蒸气的物质的量与生成一氧化碳的物质的量相等不能作为平衡标志；C、密度=总质量/体积，总质量在变，体积不变，故混合气体的密度不变可以作为平衡标志；D、单位时间有n个氢氧键断裂是正反应，同时有n个氢氢键断裂是逆反应，但正逆反应速率不等，故不能做标志。选 A、C。

② C（s）+ H2O（g）CO（g）+H2（g）

起始 6 0 0

改变 a a a

平衡 6-a a a

K=a×a/（6-a）=1 a=2 所以x应满足 x＞2。

（四）（1）根据图2可知，上述生成过程的能量转哈方式为太阳能和电能转化为化学能。（2）上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO2，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为碳酸根离子失去电子生成氧气的过程，电极反应为： 2CO32－－4e－=2CO2↑+O2↑；阴极是二氧化碳得到电子生成碳，依据电子守恒和传导离子配平书写电极反应为： 3CO2+4e－=C+2CO32－。

考点：溶液中的电荷守恒，热化学方程式的书写，化学平衡计算，化学平衡常数，电解原理的应用，电极反应的书写。