Question

氨是一种重要的化工产品，是氮肥工业、有机合成工业以及制造硝酸、铵盐和纯碱等的原料。

（1）以氨为燃料，氧气为氧化剂可以设计制造氨燃料电池，因产物无污染，在很多领域得到广泛应用。若电极材料均为惰性电极，KOH溶液作电解质溶液，则该电池负极电极反应式为________________；正极反应式为_________________________。

（2）下列措施可以加快合成氨反应速率的是_________。

A．通过缩小容器的容积增大压强

B．及时将氨液化分离出去

C．适当升温

D．添加合适的催化剂

E．恒温恒容时，再充入一定体积的氮气

（3）某化学研究性学习小组模拟工业合成氨的反应。在容积固定为2L的密闭容器内充入1mol N₂和3mol H₂，加入合适催化剂（体积可以忽略不计）后在一定温度压强下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：

则从反应开始到25 min时，①以N₂表示的平均反应速率为________；②H₂的平衡转化率为____________；

（4） 以CO₂与NH₃为原料合成尿素[化学式为CO(NH₂)₂]的主要反应如下，已知：

①2NH₃(g)＋CO₂(g)＝NH₂CO₂NH₄(s)；ΔH＝－159.47 kJ·mol^－1

②NH₂CO₂NH₄(s)＝CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)；ΔH＝+116kJ·mol^－1

③H₂O(l)=H₂O(g)；ΔH＝+44kJ·mol^－1

写出CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式_______________。

Answer

(1 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O O2+4e-+2H2O=4OH-（2） A、C、D、E；

(3)0.01 mol/(L.min) ；50%（4）CO2 (g) +2NH3 (g) =CO(NH2)2 (S) +H2O （1）∆H=-87.0 kJ/mol

【解析】

试题分析：（1）以氨为燃料，氧气为氧化剂可以设计制造氨燃料电池，若电极材料均为惰性电极，KOH溶液作电解质溶液，则该电池负极是NH3失去电子，发生氧化反应，电极电极反应式为2NH3-6e-+ 6OH-=N2+6H2O；正极是O2获得电子变为OH-，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；（2） A．通过缩小容器的容积增大压强，物质的浓度增大，反应速率加快，正确；B．及时将氨液化分离出去，使物质的浓度减小，反应速率减慢，错误；C．适当升温，使物质含有的能量增加，许多分子变为活化分子，反应速率大大加快，正确；D．添加合适的催化剂，由于降低了反应的活化能，所以反应速率大大加快，正确；E．恒温恒容时，再充入一定体积的氮气，使反应物的浓度增大，反应速率加快，正确；（3） 同一温度下，容器中气体压强与总的物质的量成正比，设平衡状态时混合气体的物质的量为x，16.80：12.60=（1+3）mol：x， x=(4mol×12.60)÷16.80，解得=3，所以平衡时混合气体的物质的量为3mol，设参加反应的氮气的物质的量为y，

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）物质的量减少

1mol 2mol

y （4-3）mol

1mol：2mol=y：（4-3）mol，解得y=0.5mol，则从反应开始到25min时，以N2表示的平均反应速率=(0.5mol÷2L)÷25min=0.01mol/（L·min），根据反应方程式可知：每有3molH2反应，反应后气体的物质的量减小2mol，现在气体的物质的量减少1mol，所以反应的氢气的物质的量是1．5mol，由于开始时加入的氢气的物质的量是3mol，则氢气的转化率是(1．5mol÷3mol)×100％=50％；

（4）根据盖斯定律可知，反应过程中的能量变化与反应途径无关，所以由①2NH3(g)＋CO2(g)＝NH2CO2NH4(s)；ΔH＝－159.47 kJ·mol－1

②NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)；ΔH＝+116kJ·mol－1

③H2O(l)=H2O(g)；ΔH＝+44kJ·mol－1

将方程式①+②-③得2 CO2 (g) +2NH3 (g) =CO(NH2)2 (S) +H2O （1）∆H=-87.0 kJ/mol。

考点：考查原电池反应原理、外界条件对化学反应速率的影响、差量方法在化学反应计算的应用、物质转化率的计算及盖斯定律的应用的知识。