Question

【題目】【加試題】二氧化碳是一種寶貴的碳氧資源。以CO2和NH3為原料合成尿素是固定和利用CO2

的成功范例。在尿素合成塔中的主要反應可表示如下：

反應 I：2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s) ΔH1=-159.47 kJ·mol-1

反應II：NH2COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+72.49kJ·mol-1

請回答下列問題：

(l)寫出CO2和NH3為原料生成尿素和氣態水的熱化學反應方程式_______,反應II自發進行的條件是_____。

(2)CO2和NH3為原料合成尿素的反應中影響CO2轉化率的因素很多，下圖為某待定條件下，不同水碳比[n(H2O)/n(CO2)]和溫度影響CO2轉化率變化的趨勢曲線。

下列說法不正確的是__________。

A.溫度升髙該反應平衡常數逐漸減小，移走部分尿素平衡向正方向移動

B.當溫度低于190℃,隨溫度升髙CO2轉化率逐漸增大，其原因可能是溫度升高平衡向正方向移動

C.當溫度髙于190℃后，隨溫度升髙CO2轉化率逐漸減小，其原因可能是溫度升高發生了副反應

D.其他條件相同時，為提髙CO2的轉化率，生產中可以采取的措施是提高水碳比

(3)某研究小組為探究反應I中影響C(CO2)的因素，在恒溫下將0.4molNH3和0.2molCO2放入容積為2L的密閉容器中，t1時達到平衡，其c(CO2)隨時間t變化趨勢曲線如下圖所示。則其逆反應的平衡常數為_____。若其他條件不變，t1時將容器體積壓縮到1L,請畫出t1t2時間段C(CO2)隨時間t變化趨勢曲線（t2時達到新的平衡）。__________

(4)電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下圖,請寫出在A電極上發生的電極反應式_____。

Answer 1

【答案】 2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g) △H=－86.98kJ·mol－1 高溫 ABD 6.25×10-5 CO(NH2)2＋8OH－－6e－=N2↑＋CO32-＋6H2O

【解析】(l) 反應Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)△H1=-159.47 kJmol-1，反應Ⅱ：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1由蓋斯定律總反應Ⅰ+反應Ⅱ，得到2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3=-86.98kJmol-1；反應Ⅱ：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1的△H＞0，△S＞0，要使得△G=△H-T△S＜0，則T需要較大，即該反應為高溫自發，故答案為：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g) △H=－86.98kJ·mol－1；高溫；

(2)A. 合成尿素的反應是放熱反應，溫度升髙，平衡逆向移動，平衡常數逐漸減小，尿素為固體，移走部分尿素平衡不移動，故A錯誤；B. 合成尿素的反應是放熱反應，當溫度低于190℃,隨溫度升髙，平衡逆向移動，CO2轉化率逐漸減小，故B錯誤；C. 溫度越高，發生副反應的可能性越高，會導致二氧化碳轉化率減小，故C正確；D.根據圖像，水碳比越高，二氧化碳的轉化率越低，故D錯誤；故選ABD；

(3)在恒溫下將0.4mol NH3和0.2mol CO2放入容積為2L的密閉容器中，達到平衡時，

2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)

起始量(mol/L) 0.2 0.1 0

變化量(mol/L)0.15 0.075

平衡量(mol/L)0.05 0.025

逆反應的平衡常數K==0.052×0.025=6.25×10-5；t1時達到平衡過程中c(CO2)隨時間t變化趨勢曲線如圖2所示．若其他條件不變，t1時將容器體積壓縮到1L，二氧化碳濃度應增大到0.05mol/L，壓強增大，平衡正向進行，由于生成物是固體，所以達到平衡狀態，二氧化碳濃度保持不變，據此畫出變化曲線為：，故答案為：6.25×10-5；；

(4)該電池反應時中CO(NH2)2+2OH-CO32-+N2↑+3H2↑，氮元素化合價由-3價變為0價，H元素化合價由+1價變為0價，所以生成氮氣的電極是陽極，生成氫氣的電極是陰極，則A電極上發生的電極反應式為CO(NH2)2＋8OH－－6e－=N2↑＋CO32-＋6H2O，故答案為：CO(NH2)2＋8OH－－6e－=N2↑＋CO32-＋6H2O。