Question

尿素是一种重要的化工产品，工业生产尿素的主要流程如下：

(1)工业合成氨的化学方程式是_______。

(2)尿素分子中C、N原子间的共用电子对偏向N原子，从原子结构的角度解释原因：______。

(3)由NH₃和CO₂合成尿素分为两步反应(均为可逆反应)，其能量变化示意图如下：

①合成尿素总反应的热化学方程式是_______。

②粗尿素中含有NH₂COONH₄杂质。通过控制温度和压强，可将NH₂COONH₄分解为NH₃和CO₂。研究温度和压强对NH₂COONH₄分解率的影响，结果如下：

X代表_____(填“温度”或“压强”)，L₁_____L₂(填“>”或“<”)。

(4)工业上含尿素的废水需经处理后才能排放。一种利用电化学方法降解尿素的装置示意图如下：

写出尿素被降解的电极反应式是______。

Answer

N2+3H22NH3 N和C电子层数相同，核电荷数N＞C，原子半径N＜C，原子核吸引电子能力N＞C CO2(g) + 2NH3(g) ⇌ CO(NH2)2(l) + H2O(l) ΔH = –101.5 kJ·mol-1 压强 ＜ CO(NH2)2+8OH––6e–=+N2↑+6H2O

【解析】

根据C、N原子的得失电子能力分析共用电子对发生偏移的原因；根据图示的反应物与生成物的能量关系和盖斯定律正确书写热化学方程式；根据图示的电解池装置分子阳极失电子的物质和阴极得电子的物质，正确书写电极反应式。

(1)工业合成氨的化学方程式为：N2+3H22NH3；

(2)C、N原子位于同一周期，且N原子的原子序数较大，N原子的原子半径较小，原子核对核外电子的吸引能力较强，C原子和N原子间的共用电子对也会向着N原子一方偏移；

(3)①根据图示的反应流程，氨和二氧化碳反应生成尿素的反应分两步，第一步反应的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)⇌NH2COONH4(l) ΔH=-117 kJ·mol-1，第二步反应的热化学方程式为NH2COONH4(l)⇌CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=+15.5 kJ·mol-1，根据盖斯定律，将第一步反应和第二步反应相加即得到合成尿素的热化学方程式，热化学方程式为CO2(g)+2NH3(g)⇌CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=-101.5 kJ·mol-1

②根据图像分析，NH2COONH4分解为NH3和CO2的反应为吸热反应，若X代表温度，升高温度平衡向吸热反应方向进行，NH2COONH4的分解率会逐渐增大，与图示不符；若X代表压强，增大压强平衡向气体系数和小的方向移动（即逆反应方向），NH2COONH4的分解率会逐渐降低，与图示相符，故X代表压强；图示中L代表温度，在相同温度下，升高温度平衡向吸热反应方向进行，NH2COONH4的分解率会逐渐增大，故L2>L1；

(4)根据图示的电解池装置，左侧a电极生成N2，说明尿素在此电极上失电子，为阳极，右侧b电极生成H2，说明水中的H+在此电极上得电子，为阴极，阳极的电极方程式为CO(NH2)2+8OH--6e-=+N2↑+6H2O，阴极的电极方程式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，电解池的总反应为CO(NH2)2+2OH–=+N2↑+3H2↑。