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、按盐和纯碱等的原料。

（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lmolN₂ 和3molH₂，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：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25	30
压强/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

则①从反应开始到25min时，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)；△H＝-159.47kJ·mol^-1

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

③ H₂O(l)=H₂O(g)；△H=+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）0.01mol/(L.min) 50%

（4）CO2(g)+2NH3(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-87.0kJ/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，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，NH3失去电子变为N2，负极的电极反应式为2NH3-6e-＋6OH-＝N2+6H2O；在正极上氧气获得电子变为OH-，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；（2）A．通过缩小容器的容积增大压强，使物质的浓度增大，化学反应速率增大，正确；B．及时将氨液化分离出去，由于物质浓度降低，所以化学反应速率减慢，错误；C．适当升温，可以使更多的分子变为活化分子，所以反应速率大大加快，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；E.恒温恒容时，再充入一定体积的氮气，由于反应物的浓度增大，所以化学反应速率大大加快，正确。（3） ①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=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，y=[1mol×(4−3)mol]÷2mol=0.5mol，则从反应开始到25min时，以N2表示的平均反应速率=V(N2)=(0.5mol÷2L)÷25min=0.01mol/（L．min）；②H2反应的物质的量是3×0.5mol=1．5mol，反应开始时氮气的物质的量是3mol，所以N2的平衡转化率为(1．5mol÷3mol)×100％=50％；（4） ①+②-③，整理可得2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=（-159.47kJ/mol）+（+72.49kJ•mol）-44kJ/mol=-87.0kJ/mol。

考点：考查燃料电池电极反应式的书写、化学平衡状态的判断、反应速率的计算及盖斯定律的应用的知识。