Question

【題目】尿素是一種重要的化工產(chǎn)品，工業(yè)生產(chǎn)尿素的主要流程如下：

(1)工業(yè)合成氨的化學(xué)方程式是_______。

(2)尿素分子中C、N原子間的共用電子對偏向N原子，從原子結(jié)構(gòu)的角度解釋原因：______。

(3)由NH3和CO2合成尿素分為兩步反應(yīng)(均為可逆反應(yīng))，其能量變化示意圖如下：

①合成尿素總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是_______。

②粗尿素中含有NH2COONH4雜質(zhì)。通過控制溫度和壓強，可將NH2COONH4分解為NH3和CO2。研究溫度和壓強對NH2COONH4分解率的影響，結(jié)果如下：

X代表_____(填“溫度”或“壓強”)，L1_____L2(填“>”或“<”)。

(4)工業(yè)上含尿素的廢水需經(jīng)處理后才能排放。一種利用電化學(xué)方法降解尿素的裝置示意圖如下：

寫出尿素被降解的電極反應(yīng)式是______。

Answer 1

【答案】N2+3H22NH3 N和C電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)N＞C，原子半徑N＜C，原子核吸引電子能力N＞C CO2(g) + 2NH3(g) CO(NH2)2(l) + H2O(l) ΔH = –101.5 kJ·mol-1 壓強 ＜ CO(NH2)2+8OH––6e–=+N2↑+6H2O

【解析】

根據(jù)C、N原子的得失電子能力分析共用電子對發(fā)生偏移的原因；根據(jù)圖示的反應(yīng)物與生成物的能量關(guān)系和蓋斯定律正確書寫熱化學(xué)方程式；根據(jù)圖示的電解池裝置分子陽極失電子的物質(zhì)和陰極得電子的物質(zhì)，正確書寫電極反應(yīng)式。

(1)工業(yè)合成氨的化學(xué)方程式為：N2+3H22NH3；

(2)C、N原子位于同一周期，且N原子的原子序數(shù)較大，N原子的原子半徑較小，原子核對核外電子的吸引能力較強，C原子和N原子間的共用電子對也會向著N原子一方偏移；

(3)①根據(jù)圖示的反應(yīng)流程，氨和二氧化碳反應(yīng)生成尿素的反應(yīng)分兩步，第一步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l) ΔH=-117 kJ·mol-1，第二步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=+15.5 kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律，將第一步反應(yīng)和第二步反應(yīng)相加即得到合成尿素的熱化學(xué)方程式，熱化學(xué)方程式為CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=-101.5 kJ·mol-1

②根據(jù)圖像分析，NH2COONH4分解為NH3和CO2的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，若X代表溫度，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向進行，NH2COONH4的分解率會逐漸增大，與圖示不符；若X代表壓強，增大壓強平衡向氣體系數(shù)和小的方向移動（即逆反應(yīng)方向），NH2COONH4的分解率會逐漸降低，與圖示相符，故X代表壓強；圖示中L代表溫度，在相同溫度下，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向進行，NH2COONH4的分解率會逐漸增大，故L2>L1；

(4)根據(jù)圖示的電解池裝置，左側(cè)a電極生成N2，說明尿素在此電極上失電子，為陽極，右側(cè)b電極生成H2，說明水中的H+在此電極上得電子，為陰極，陽極的電極方程式為CO(NH2)2+8OH--6e-=+N2↑+6H2O，陰極的電極方程式為2H2O+2e-=2OH-+H2↑，電解池的總反應(yīng)為CO(NH2)2+2OH–=+N2↑+3H2↑。