Question

【題目】氨、尿素[CO(NH2)2]都是氮的重要化合物，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

（1）已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol-1

①取1molN2(g)和3molH2(g)放在一密閉容器中，在催化劑存在時進行反應(yīng)，測得反應(yīng)放出的熱量____92.2kJ(填“＞”、“＝”或“＜”)，原因是_______________。

②使用催化劑，該反應(yīng)△H_____(填“變大”“變小”或“不變”)。

③已知：分別破壞1molN≡N鍵、1molH－H鍵需要吸收的能量為：946kJ、436kJ，則破壞1molN－H鍵需要吸收的能量為_____。

④當(dāng)容積一定時，能判斷該反應(yīng)是否達到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是_______________

a．容器中總壓強不變 b．混合氣體中c（CO）不變 c．v正（H2）=v逆（N2）

d．c（H2）=c（NH3） e. 混合氣體密度不再變化 f.顏色不再變化

g. 混合氣體平均相對分子質(zhì)量不再變化

（2）以CO2與NH3為原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。已知：

Ⅰ.2NH3(g)+CO2(g)==NH2CO2NH4(s)△H＝﹣159.5kJ/mol

Ⅱ.NH2CO2NH4(s)==CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H＝+116.5kJ/mol

Ⅲ.H2O(l)==H2O(g)△H＝+44.0kJ/mol

①寫出CO2與NH3合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式_______________________。

②化學(xué)家正在研究尿素動力燃料電池。用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn)生凈化的水，又能發(fā)電，尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖所示,回答下列問題：

電池中的負極為_____(填“甲”或“乙”)，乙的電極反應(yīng)式為_____________，電池工作時，理論上每凈化1mol尿素，消耗O2的體積(標準狀況下)約為_____L。

Answer 1

【答案】< 由于為可逆反應(yīng)，反應(yīng)物無法全部轉(zhuǎn)化，1molN2和3molH2充分參與反應(yīng)也不可能生成2molNH3，故放出的熱量小于92kJ 不變 391 kJ a和g 2NH3(g)+CO2(g) == CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H＝﹣87.0kJ/mol 甲 O2+4e-+4H+=2H2O 33.6

【解析】

(1)①合成氨反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能進行到底，故在實際生產(chǎn)中1molN2和3molH2不可能生成2molNH3，放出的熱量也必定小于92kJ；
②催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡及△H；
③△H=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和；

④當(dāng)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，以此判斷；
(2)①根據(jù)蓋斯定律計算；
②該電池CO(NH2)2在負極失電子生成二氧化碳和氮氣，氧氣在正極反應(yīng)生成水，電解質(zhì)溶液中含氫離子，該反應(yīng)的總方程式為：2CO(NH2)2+3O2=2CO2+2N2+4H2O，結(jié)合2 CO(NH2)2～3O2計算，以此來解答。

(1)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92 kJmol-1，N2和H2反應(yīng)生成2 mol NH3時放出的熱量為92.2 kJ，是指1 mol氮氣和3 mol的氫氣完全反應(yīng)生成2 mol的氨氣放出的熱量為92.2 kJ，1mol N2和3 molH2放在密閉容器中不可能完全轉(zhuǎn)化為氨氣，所以放出熱量一定小于92.2 kJ，故答案為：＜；由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物無法全部轉(zhuǎn)化為生成物；
②催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)熱不變，故答案為：不變；
③分別破壞1 mol N≡N鍵、1 mol H-H鍵需要吸收的能量為：946 kJ、436 kJ，設(shè)破壞1 mol N-H鍵需要吸收的能量為x，根據(jù)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92 kJmol-1，焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物的總鍵能，即946 kJ/mol+3×436 kJ/mol-6x=-92.2 kJ/mol，解得x=391 kJ/mol，即破壞1 mol N-H鍵需要吸收的能量為391 kJ，故答案為：391；

④a．容器容積一定，平衡正向移動時氣體的物質(zhì)的量減小，壓強減小，所以容器中總壓強不變可以說明反應(yīng)達到平衡，故a符合；

b．混合氣體無CO，所以混合氣體中c(CO)不變不能說明反應(yīng)達到平衡，故b不符合；

c．當(dāng)反應(yīng)達到平衡時v正(H2)=v逆(H2)，v逆(H2)=3 v逆(N2)，所以v正(H2)=v逆(N2)時不能說明反應(yīng)達到平衡，故c不符合；

d．平衡正向移動時c(H2)減小，c(NH3)增大，可能有某一時刻c(H2)=c(NH3)，但不能說明反應(yīng)達到平衡，故d不符合；

e. 混合氣體總體積不變，總質(zhì)量不變，所以混合氣體密度在平衡移動時不會發(fā)生變化，故e不符合；

f. 該反應(yīng)中生成物和反應(yīng)物均為無色氣體，所以不會有顏色變化，故f不符合；

g. 混合氣體的總質(zhì)量不變，但平衡正向移動時混合氣體的總物質(zhì)的量減小，所以混合氣體平均相對分子質(zhì)量增大，當(dāng)混合氣體平均相對分子質(zhì)量不再變化時說明反應(yīng)達到平衡，故g符合；

故答案為：a和g

(2)①由Ⅰ.2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s) △H=-159.5kJmol-1
Ⅱ．NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=+116.5kJmol-1
Ⅲ．H2O(l)=H2O(g)△H=+44.0kJmol-1
結(jié)合蓋斯定律可知，①+②-③得到2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l)，其△H=-159.5 kJmol-1+(+116.5kJmol-1)-(+44.0kJmol-1)=-87.0kJmol-1，則CO2與NH3合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-87.0 kJ/mol，故答案為：2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-87.0 kJ/mol；
②根據(jù)圖示可知，甲電極上CO(NH2)2反應(yīng)生成二氧化碳和氮氣，N元素化合價升高，失電子，為電源的負極，電解質(zhì)溶液為酸性，則乙電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣得電子之后生成水，則其電極反應(yīng)式為：O2+4e-+4H+=2H2O，該反應(yīng)的總方程式為2CO(NH2)2+3O2=2CO2+2N2+4H2O，根據(jù)關(guān)系式2 CO(NH2)2～3O2可知，電池工作時，理論上每凈化1mol尿素，消耗O2的體積為1.5 mol×22.4 L/mol=33.6 L，故答案為：甲；O2+4e-+4H+=2H2O；33.6。