尿素是蛋白質代謝的產物，也是重要的化學肥料．工業合成尿素反應如下：2NH3（g）+CO2（g）═CO（NH2）...

問題詳情：

尿素是蛋白質代謝的產物，也是重要的化學肥料．工業合成尿素反應如下：

2NH3（g）+CO2（g）═CO（NH2）2（s）+H2O（g）

（1）在一個真空恆容密閉容器中充入CO2和NH3發生上述反應合成尿素，恆定温度下混合氣體中的氨氣含量如圖1所示．

A點的正反應速率v正（CO2）　　B點的逆反應速率v逆（CO2）（填“＞”、“＜”或“=”）；氨氣的平衡轉化率為　　．

（2）氨基**銨是合成尿素的一種中間產物．將體積比為2：1的NH3和CO2混合氣體充入一個容積不變的真空密閉容器中，在恆定温度下使其發生下列反應並達到平衡：2NH3（g）+CO2（g）═NH2COONH4（s）將實驗測得的不同温度下的平衡數據列於表：

①關於上述反應的焓變、熵變説法正確的是　．

A．△H＜0，△S＜0B．△H＞0，△S＜0   C．△H＞0，△S＞0D．△H＜0，△S＞0

②關於上述反應的平衡狀態下列説法正確的是　　

A．分離出少量的氨基**銨，反應物的轉化率將增大

B．平衡時降低體系温度，CO2的體積分數下降

C．NH3的轉化率始終等於CO2的轉化率

D．加入有效的催化劑能夠提高氨基**銨的產率

③氨基**銨極易水解成碳*銨，**條件水解更徹底．將氨基**銨粉末逐漸加入1L0.1mol/L的鹽*溶液中直到pH=7（室温下，忽略溶液體積變化），共用去0.052mol氨基**銨，此時溶液中幾乎不含碳元素．

此時溶液中c（NH4+）=　　；（填具體數值）NH4+水解平衡常數值為　　．

（3）化學家正在研究尿素動力燃料電池，尿液也能發電！用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產生淨化的水又能發電．尿素燃料電池結構如圖2所示，寫出該電池的負極反應式：　　．

【回答】

【考點】化學平衡的計算；反應熱和焓變；原電池和電解池的工作原理；化學平衡狀態的判斷．

【專題】化學反應中的能量變化；化學平衡專題．

【分析】（1）圖象分析氨氣的體積分數從50%變化為20%後體積分數保持不變，説明B點反應達到平衡狀態，A點氨氣體積百分含量大於B的氨氣體積百分含量，説明反應正向進行達到平衡狀態，A點的正反應速率大於B點的正反應速率；依據氨氣的體積分數結合平衡三段式列式計算平衡轉化率；

（2）①根據表中的數據分析：温度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高温度，平衡逆向移動，正反應反應是放熱反應；

反應物是氣體，產物是固體，該反應是熵減小的過程；

②A．因為氨基**銨為固體，分離出少量的氨基**銨，平衡不移動；

B．氨基**銨為固體，所以NH3和CO2始終為2：1；

C．因為體積比為2：1的NH3和CO2混合氣體充入反應，NH3和CO2又按照2：1的消耗，所以NH3的轉化率始終等於CO2的轉化率；

D．催化劑只改變速率，不改變平衡移動，由此進行判斷；

③根據氨基**銨極易水解成碳*銨，即反應式為NH2COONH4（s）+H2O⇌（NH4）2CO3，將氨基**銨粉末逐漸加入1L0.1mol/L的鹽*溶液中直到pH=7並且溶液中幾乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH﹣、Cl﹣，根據電荷守恆計算c（NH4+），根據NH4++H2O⇌NH3•H2O+OH﹣結合K=進行計算；

（3）尿素燃料電池中尿素再負極上失去電子生成氮氣、二氧化碳．

【解答】解：（1）氨氣的體積分數從50%變化為20%後體積分數保持不變，説明B點反應達到平衡狀態，A點氨氣體積百分含量大於B的氨氣體積百分含量，説明反應正向進行達到平衡狀態，A點的正反應速率大於B點的正反應速率，故v正（CO2）＞v逆（CO2）；

設氨氣消耗物質的量x，開始氨氣體積分數為50%，假設氨氣為50mol，二氧化碳為50mol，

               CO2+2NH3⇌（NH2）2CO+H2O

起始量（mol）   50    50       0     0

變化量（mol）   0.5x  x       0.5x  0.5x

平衡量（mol） 50﹣0.5x  50﹣x   0.5x  0.5x

氨氣的體積分數==20%；解得：x=37.5mol，

氨氣的平衡轉化率=×100%=75%，

故*為：＞；75%；

（2）①根據表中的數據分析：温度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高温度，平衡逆向移動，正反應反應是放熱反應，故△H＜0；

反應物是氣體，產物是固體，該反應是熵減小的過程，即，△S＜0，

故*為：A；

②A．因為氨基**銨為固體，分離出少量的氨基**銨，平衡不移動，所以反應物的轉化率不變，故A錯誤；

B．平衡時降低體系温度，平衡向放熱方向即正反應方向移動，又氨基**銨為固體，所以NH3和CO2始終為2：1，則CO2的體積分數不變，故B錯誤；

C．因為體積比為2：1的NH3和CO2混合氣體充入反應，NH3和CO2又按照2：1的消耗，所以NH3的轉化率始終等於CO2的轉化率，故C正確；

D．催化劑只改變速率，不改變平衡移動，所以加入有效的催化劑不能夠提高氨基**銨的產率，故D錯誤；

故*為：C；

③因為氨基**銨極易水解成碳*銨，即反應式為NH2COONH4（s）+H2O⇌（NH4）2CO3，加入1L0.1mol/L的鹽*溶液中直到溶液pH=7並且溶液中幾乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH﹣、Cl﹣，根據電荷守恆c（NH4+）=c（Cl﹣）=0.1mol/L，又用去0.052mol氨基**銨，所以開始溶液中的銨根離子濃度為0.052mol/L×2=0.104mol/L，

          NH4++H2O⇌NH3•H2O+H+；

開始  0.104mol/L          0        

轉化  0.004mol/L        0.004mol/L 

平衡   0.1mol/L         0.004mol/L   

又溶液為pH=7，所以*離子濃度為10﹣7mol/L，則NH4+水解平衡常數K===4×10﹣9，

故*為：0.1mol/L；4×10﹣9；

（3）尿素燃料電池中尿素再負極上失去電子生成氮氣、二氧化碳，則負極反應為：CO（NH2）2+H2O﹣6e﹣═N2↑+CO2↑+6H+，

故*為：CO（NH2）2+H2O﹣6e﹣═N2↑+CO2↑+6H+．

【點評】本題考查化學平衡計算、化學反應速率、化學平衡的移動原理、弱鹼根離子在溶液中的水解平衡的計算應用以及燃料電池負極反應式的書寫等知識，題目難度中等，試題綜合*較大，充分考查了學生的分析能力及靈活應用能力．

知識點：未分類

題型：未分類