Question

【加试题】二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以CO₂和NH₃为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应可表示如下：

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

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

请回答下列问题：

(l)写出CO₂和NH₃为原料生成尿素和气态水的热化学反应方程式_______,反应II自发进行的条件是_____。

(2)CO₂和NH₃为原料合成尿素的反应中影响CO₂转化率的因素很多，下图为某待定条件下，不同水碳比[n(H₂O)/n(CO₂)]和温度影响CO₂转化率变化的趋勢曲线。

下列说法不正确的是__________。

A.温度升髙该反应平衡常数逐渐减小，移走部分尿素平衡向正方向移动

B.当温度低于190℃,随温度升髙CO₂转化率逐渐增大，其原因可能是温度升高平衡向正方向移动

C.当温度髙于190℃后，随温度升髙CO₂转化率逐渐减小，其原因可能是温度升高发生了副反应

D.其他条件相同时，为提髙CO₂的转化率，生产中可以采取的措施是提高水碳比

(3)某研究小组为探究反应I中影响_C(CO₂)的因素，在恒温下将0.4molNH₃和0.2molCO₂放入容积为2L的密闭容器中，t₁时达到平衡，其c(CO₂)随时间t变化趋势曲线如下图所示。则其逆反应的平衡常数为_____。若其他条件不变，t₁时将容器体积压缩到1L,请画出t₁〜t₂时间段_C(CO₂)随时间t变化趋势曲线（t₂时达到新的平衡）。__________

(4)电解尿素[CO(NH₂)₂]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下图,请写出在A电极上发生的电极反应式_____。

Answer

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

【解析】(l) 反应Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)⇌NH2CO2NH4(s)△H1=-159.47 kJ•mol-1，反应Ⅱ：NH2CO2NH4(s)⇌CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJ•mol-1由盖斯定律总反应Ⅰ+反应Ⅱ，得到2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3=-86.98kJ•mol-1；反应Ⅱ：NH2CO2NH4(s)⇌CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJ•mol-1的△H＞0，△S＞0，要使得△G=△H-T•△S＜0，则T需要较大，即该反应为高温自发，故答案为：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g) △H=－86.98kJ·mol－1；高温；

(2)A. 合成尿素的反应是放热反应，温度升髙，平衡逆向移动，平衡常数逐渐减小，尿素为固体，移走部分尿素平衡不移动，故A错误；B. 合成尿素的反应是放热反应，当温度低于190℃,随温度升髙，平衡逆向移动，CO2转化率逐渐减小，故B错误；C. 温度越高，发生副反应的可能性越高，会导致二氧化碳转化率减小，故C正确；D.根据图像，水碳比越高，二氧化碳的转化率越低，故D错误；故选ABD；

(3)在恒温下将0.4mol NH3和0.2mol CO2放入容积为2L的密闭容器中，达到平衡时，

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

起始量(mol/L)  0.2       0.1           0

变化量(mol/L) 0.15       0.075

平衡量(mol/L) 0.05        0.025

逆反应的平衡常数K==0.052×0.025=6.25×10-5；t1时达到平衡过程中c(CO2)随时间t变化趋势曲线如图2所示．若其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1L，二氧化碳浓度应增大到0.05mol/L，压强增大，平衡正向进行，由于生成物是固体，所以达到平衡状态，二氧化碳浓度保持不变，据此画出变化曲线为：，故答案为：6.25×10-5；；

(4)该电池反应时中CO(NH2)2+2OH-CO32-+N2↑+3H2↑，氮元素化合价由-3价变为0价，H元素化合价由+1价变为0价，所以生成氮气的电极是阳极，生成氢气的电极是阴极，则A电极上发生的电极反应式为CO(NH2)2＋8OH－－6e－=N2↑＋CO32-＋6H2O，故答案为：CO(NH2)2＋8OH－－6e－=N2↑＋CO32-＋6H2O。