Question

【題目】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）在一個真空恒容密閉容器中充入CO2和NH3發生上述反應合成尿素，恒定溫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）氨基甲酸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，在恒定溫度下使其發生下列反應并達到平衡：2NH3（g）+CO2（g）═NH2COONH4（s）將實驗測得的不同溫度下的平衡數據列于表：

溫度（℃）	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡氣體總濃度 （10﹣3mol/L）	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①關于上述反應的焓變、熵變說法正確的是 ．
A．△H＜0，△S＜0B．△H＞0，△S＜0 C．△H＞0，△S＞0D．△H＜0，△S＞0
②關于上述反應的平衡狀態下列說法正確的是
A．分離出少量的氨基甲酸銨，反應物的轉化率將增大
B．平衡時降低體系溫度，CO2的體積分數下降
C．NH3的轉化率始終等于CO2的轉化率
D．加入有效的催化劑能夠提高氨基甲酸銨的產率
③氨基甲酸銨極易水解成碳酸銨，酸性條件水解更徹底．將氨基甲酸銨粉末逐漸加入1L0.1mol/L的鹽酸溶液中直到pH=7（室溫下，忽略溶液體積變化），共用去0.052mol氨基甲酸銨，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，既能產生凈化的水又能發電．尿素燃料電池結構如圖2所示，寫出該電池的負極反應式： ．

Answer 1

【答案】
（1）大于；75%
（2）A；C；0.1mol/L；4×10﹣9
（3）CO（NH2）2+H2O﹣6e﹣=CO2+N2+6H+
【解析】解：（1.）氨氣的體積分數從50%變化為20%后體積分數保持不變，說明B點反應達到平衡狀態，A點氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說明反應正向進行達到平衡狀態，A點的正反應速率大于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%，所以答案是：＞；75%；
（2.）①根據表中的數據分析：溫度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高溫度，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，
所以答案是：A；
②A．因為氨基甲酸銨為固體，分離出少量的氨基甲酸銨，平衡不移動，所以反應物的轉化率不變，故A錯誤；
B．平衡時降低體系溫度，平衡向放熱方向即正反應方向移動，又氨基甲酸銨為固體，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的轉化率始終等于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甲酸銨的產率，故D錯誤；
所以答案是：C；
③因為氨基甲酸銨極易水解成碳酸銨，即反應式為NH2COONH4（s）+H2O（NH4）2CO3 ， 加入1L0.1mol/L的鹽酸溶液中直到溶液pH=7并且溶液中幾乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH﹣、Cl﹣ ， 根據電荷守恒c（NH4+）=c（Cl﹣）=0.1mol/L，又用去0.052mol氨基甲酸銨，所以開始溶液中的銨根離子濃度為0.052mol/L×2=0.104mol/L，

	NH4+	+	H2O		NH3H2O	+	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，所以氫離子濃度為10﹣7mol/L，則NH4+水解平衡常數K= = =4×10﹣9 ，
所以答案是：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+ ， 所以答案是：CO（NH2）2+H2O﹣6e﹣═N2↑+CO2↑+6H+ ．
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解反應熱和焓變的相關知識，掌握在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱，以及對化學平衡狀態的判斷的理解，了解狀態判斷：①v(B耗)=v(B生)②v(C耗):v(D生)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不變④若A、B、C、D為氣體，且m+n≠x+y，壓強恒定⑤體系顏色不變⑥單位時間內某物質內化學鍵的斷裂量等于形成量⑦體系平均式量恒定（m+n ≠ x+y）等．