Question

【題目】尿素[CO(NH2)2] 是首個由無機物合成的有機化合物，通常用作植物的氮肥。合成尿素的主要反應如下：

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

ii. (l) (l) + H2O(l) △H＝+b kJ/mol

iii. 2（縮二脲）+NH3 （副反應，程度較小）

（1）實驗室制取氨氣的化學方程式是__________________。

（2）CO(NH2)2中C為+4價，N的化合價_______。

（3）CO2和NH3合成尿素的熱化學方程式為___________________________。

（4）工業上提高氨碳比（），可以提高尿素的產率，結合反應i～iii，解釋尿素產率提高的原因______。

（5）某科研小組模擬工業合成尿素，一定條件下，在0.5L的密閉容器中投入4molNH3和1molCO2，測得反應中各組分的物質的量隨時間變化如圖1所示：

①反應進行到10min時，用CO2表示反應i的速率υ(CO2)＝________。

②合成總反應的快慢由慢的一步決定，則合成尿素的總反應的快慢由第______步反應決定（填“i”或“ii”）。

（6）我國研制出非貴金屬鎳鉬基高效電催化劑，實現電解富尿素廢水低能耗制H2（裝置如圖2）。總反應為：CO(NH2)2+H2O3H2↑+N2↑+CO2↑。

①A電極連接電源的_______極（填“正”或“負”）。

②A電極的電極反應為______。

Answer 1

【答案】2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O －3 2NH3(l) +CO2(g)(l) +H2O(l) △H =(b-a)kJ/mol 提高氨碳比（）有利于反應i、ii正向移動，促進甲基甲酸銨分解生成尿素，有利于反應ⅲ逆向移動，抑制副反應ⅲ的發生，從而提高尿素產率 0.148mol/(L·min) ii 正 CO(NH2)2 －6e—+H2O = N2↑+CO2↑+6H+

【解析】

（3）利用蓋斯定律計算；

（4）從反應i～iii的平衡移動方向解答；

（5）由圖含量變化的斜率大小可判斷速率大小；

（6）由總反應方程式和圖每個電極產物可判斷電極反應。

（1）實驗室由NH4Cl固體和Ca(OH)2固體混合加熱制取氨氣，化學方程式是2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O；

（2）其中H為+1價，由化合物中正負代數和為0，CO(NH2)2中C為+4價，算出N的化合價為－3；

（3）由蓋斯定律，CO2和NH3合成尿素的熱化學方程式由反應i+反應ii，可得：2NH3(l) +CO2(g)(l) +H2O(l) △H =(b-a)kJ/mol；

（4）從反應i～iii的平衡移動方向解答：提高氨碳比（）有利于反應i、ii正向移動，促進甲基甲酸銨分解生成尿素，有利于反應ⅲ逆向移動，抑制副反應ⅲ的發生，從而提高尿素產率；

（5）①反應進行到10min時，用CO2表示反應i的速率υ(CO2)＝=0.148mol/(L·min);

②合成總反應的快慢由慢的一步決定，由圖的斜率大小可知，的生成速率比消耗速率快，則合成尿素的總反應的快慢由第ii步反應決定;

（6）①A電極上CO(NH2)2轉化生成N2，N化合價升高，失去電子，作為陽極，應該連接電源的正極；

②總反應為：CO(NH2)2+H2O3H2↑+N2↑+CO2↑，陽極A電極上N化合價升高，失去電子，電極反應為CO(NH2)2 －6e—+H2O = N2↑+CO2↑+6H+。