Question

尿素（H₂NCONH₂)是有機態氮肥，在農業生產中有著非常重要的作用。
（1）工業上合成尿素的反應分兩步進行：
第一步：2NH₃(l)+CO₂H₂NCOONH₄(氨基甲酸銨)(l) △H₁
第二步：H₂NCOONH₄ (l) H2O+ H2NCONH2(l)△H₂
某化學學習小組模擬工業上合成尿素的條件，在體積為1 L的密閉容器中投入4 mol NH₃和1 mol CO₂，實驗測得反應中各組分的物質的量隨時間的變化如下圖I所示。

①已知總反應的快慢是由較慢的一步反應決定的。則合成尿素總反應的快慢由第______步反應決定，總反應進行到______min時到達平衡。
②第二步反應的平衡常數K隨溫度的變化如上右圖II所示，則ΔH₂______0(填“>”、“<”或“=”。）
（2）該小組將一定量純凈的氨基甲酸銨置于特制的密閉真空容器中(假設容器體積不變，固體試樣體積忽略不計），在恒定溫度下使其達到分解平衡：。實驗測得不同溫度下的平衡數據列于下表：

溫度/℃	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡總壓強/Kpa	5.7	8.3	12.0	17.1	24.0
平衡氣體總濃度/10-3mol/L	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

 
①可以判斷該分解反應已經達到化學平衡狀態的標志是____________。
A．2V(NH₃)=V(CO₂)                   B．密閉容器中總壓強不變
C．密閉容器中混合氣體的密度不變      D．密閉容器中氨氣的體積分數不變
②根據表中數據，計算25.0°C時該分解反應的平衡常數為______(保留小數點后一位)。
（3）已知：
N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)   △H₁=+180.6KJ/mol
N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)   △H₂=-92.4KJ/mol
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)  △H₃=-483.6KJ/mol
則4NO(g)+4NH₃(g) +O₂(g)= 4N₂(g)+6 H₂O(g)的△H=___kJ ? mol^-1。
（4）尿素燃料電池的結構如圖所示。其工作時負極電極反應式可表示為______。

Answer 1

（1）① 二（2分） 55 （2分）  ②＞（2分）
（2）①BC（2分）  ②   1.6×10^-8 mol³·L^-3（2分）
（3） -1627.2 kJ·mol^-1（2分）
（4）CO(NH₂)₂ + H₂O - 6e^- = CO₂↑+ N₂↑+ 6H⁺（2分）

試題分析：（1）①總反應的快慢是由較慢的一步反應決定的，由圖像看到隨著時間的遞增，尿素慢慢增加；
所以第二步決定，在55min時，尿素量不再增加，到達平衡。②對于吸熱反應，隨著溫度的升高，K增大，所以ΔH₂＞0.
（2）①A、2V(NH₃)=V(CO₂)不符合速率之比等于方程式系數之比，錯誤。B中當物質的量不再發生變化時，壓強也不變化,正確；C中氨基甲酸銨是固體，當它不再分解時，氣體質量不再增加，密閉容器體積一定，密度不再改變，達到平衡，正確；D中氨氣和CO₂的比例一直不變，錯誤，答案是BC
②根據表中數據， 25.    0°C,氣體總濃度是4.8×10^-3，，氨氣和CO₂體積比為1:2，結合平衡常數公式計算可得結果為1.6×10^-8 mol³·L^-3
（3）根據蓋斯定律知，△H= -2△H₁-2△H₂+3△H₃,代入數據計算既得結果 -1627.2 kJ·mol^-1
（4）CO(NH₂)₂ + H₂O - 6e^- = CO₂↑+ N₂↑+ 6H⁺