Question

尿素[CO(NH₂)₂] 是首个由无机物合成的有机化合物，通常用作植物的氮肥。合成尿素的主要反应如下：

i. 2NH₃(l) + CO₂(g) (l)（氨基甲酸铵）  △H＝－a kJ/mol

ii. (l) (l) + H₂O(l)          △H＝+b kJ/mol

iii. 2（缩二脲）+NH₃ （副反应，程度较小）

（1）实验室制取氨气的化学方程式是__________________。

（2）CO(NH₂)₂中C为+4价，N的化合价_______。

（3）CO₂和NH₃合成尿素的热化学方程式为___________________________。

（4）工业上提高氨碳比（），可以提高尿素的产率，结合反应i～iii，解释尿素产率提高的原因______。

（5）某科研小组模拟工业合成尿素，一定条件下，在0.5L的密闭容器中投入4molNH₃和1molCO₂，测得反应中各组分的物质的量随时间变化如图1所示：

①反应进行到10min时，用CO₂表示反应i的速率υ(CO₂)＝________。

②合成总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素的总反应的快慢由第______步反应决定（填“i”或“ii”）。

（6）我国研制出非贵金属镍钼基高效电催化剂，实现电解富尿素废水低能耗制H₂（装置如图2）。总反应为：CO(NH₂)₂+H₂O3H₂↑+N₂↑+CO₂↑。

①A电极连接电源的_______极（填“正”或“负”）。

②A电极的电极反应为______。

Answer

2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O －3 2NH3(l) +CO2(g)(l) +H2O(l) △H =(b-a)kJ/mol 提高氨碳比（）有利于反应i、ii正向移动，促进甲基甲酸铵分解生成尿素，有利于反应ⅲ逆向移动，抑制副反应ⅲ的发生，从而提高尿素产率 0.148mol/(L·min) ii 正 CO(NH2)2 －6e—+H2O = N2↑+CO2↑+6H+

【解析】

（3）利用盖斯定律计算；

（4）从反应i～iii的平衡移动方向解答；

（5）由图含量变化的斜率大小可判断速率大小；

（6）由总反应方程式和图每个电极产物可判断电极反应。

（1）实验室由NH4Cl固体和Ca(OH)2固体混合加热制取氨气，化学方程式是2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O；

（2）其中H为+1价，由化合物中正负代数和为0，CO(NH2)2中C为+4价，算出N的化合价为－3；

（3）由盖斯定律，CO2和NH3合成尿素的热化学方程式由反应i+反应ii，可得：2NH3(l) +CO2(g)(l) +H2O(l) △H =(b-a)kJ/mol；

（4）从反应i～iii的平衡移动方向解答：提高氨碳比（）有利于反应i、ii正向移动，促进甲基甲酸铵分解生成尿素，有利于反应ⅲ逆向移动，抑制副反应ⅲ的发生，从而提高尿素产率；

（5）①反应进行到10min时，用CO2表示反应i的速率υ(CO2)＝=0.148mol/(L·min);

②合成总反应的快慢由慢的一步决定，由图的斜率大小可知，的生成速率比消耗速率快，则合成尿素的总反应的快慢由第ii步反应决定;

（6）①A电极上CO(NH2)2转化生成N2，N化合价升高，失去电子，作为阳极，应该连接电源的正极；

②总反应为：CO(NH2)2+H2O3H2↑+N2↑+CO2↑，阳极A电极上N化合价升高，失去电子，电极反应为CO(NH2)2 －6e—+H2O = N2↑+CO2↑+6H+。