Question

氨、尿素[CO(NH₂)₂]都是氮的重要化合物，在工农业生产中应用广泛。

(1)已知：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)ΔH＝－92kJ·mol^-1

①取1molN₂(g)和3molH₂(g)放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量___92.2kJ(填“＞”、“＝”或“＜”)，原因是_______________。

②使用催化剂，该反应△H_____(填“变大”“变小”或“不变”)。

③已知：分别破坏1molN≡N键、1molH－H键需要吸收的能量为：946kJ、436kJ，则破坏1molN－H键需要吸收的能量为_____kJ．

(2)以CO₂与NH₃为原料可合成化肥尿素[CO(NH₂)₂]。已知：

Ⅰ.2NH₃(g)+CO₂(g)==NH₂CO₂NH₄(s)△H＝﹣159.5kJ/mol

Ⅱ.NH₂CO₂NH₄(s)==CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)△H＝+116.5kJ/mol

Ⅲ.H₂O(l)==H₂O(g)△H＝+44.0kJ/mol

①写出CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式_______________________。

②化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图所示：

回答下列问题：

电池中的负极为_____(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为_____________，

电池工作时，理论上每净化1mol尿素，消耗O₂的体积(标准状况下)约为_____L。

Answer

＜ 由于该反应是可逆反应，反应物无法全部转化为生成物 不变 391 2NH3(g)+CO2(g)== CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H＝﹣87.0 kJ/mol 甲 CO(NH2)2+H2O﹣6e﹣== CO2↑+N2↑+6H+ 33.6

【解析】

（1）①合成氨反应为可逆反应，不可能进行到底，故在实际生产中1 mol N2和3 mol H2不可能生成2 mol NH3，放出的热量也必定小于92 kJ；

②催化剂改变反应速率不改变化学平衡及△H；

③ΔH＝反应物的键能之和—生成物的键能之和，据此分析作答；

（2）①根据盖斯定律计算；

②该电池CO(NH2)2在负极失电子生成二氧化碳和氮气，氧气在正极反应生成水，电解质溶液中含氢离子，该反应的总方程式为： 2CO(NH2)2+3O2 = 2CO2 + 2N2 + 4H2O，据此分析作答；

（1）①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)   ΔH＝－92 kJ·mol-1，N2和H2反应生成2 mol NH3时放出的热量为92.2 kJ，是指1 mol氮气和3 mol的氢气完全反应生成2 mol的氨气放出的热量为92.2 kJ，1mol N2和3 molH2放在密闭容器中不可能完全转化为氨气，所以放出热量一定小于92.2 kJ，

故答案为：＜；由于该反应是可逆反应，反应物无法全部转化为生成物；

②催化剂改变反应速率不改变化学平衡，反应热不变，

故答案为：不变；

③已知：分别破坏1 mol N≡N键、1 mol H−H键需要吸收的能量为：946 kJ、436 kJ，设破坏1 mol N−H键需要吸收的能量为x，根据N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)   ΔH＝－92 kJ·mol-1，焓变=反应物总键能−生成物的总键能，即946 kJ/mol+3×436 kJ/mol−6x = －92.2 kJ/mol，解得x=391 kJ/mol，即破坏1 mol N−H键需要吸收的能量为：391 kJ；

故答案为：391；

（2）①由Ⅰ. 2NH3(g)+CO2(g)= NH2CO2NH4(s) H = -159.5kJ•mol-1
Ⅱ.NH2CO2NH4(s)= CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H = +116.5kJ•mol-1
Ⅲ. H2O(l)=H2O(g) △H=+44.0kJ•mol-1
结合盖斯定律可知，①+②-③得到2NH3(g)+CO2(g)= CO(NH2)2(s)+H2O(l)，其△H = −159.5 kJ⋅mol−1+(+116.5kJ⋅mol−1)−(+44.0kJ⋅mol−1)=−87.0kJ⋅mol−1，则CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学反应方程式为2NH3(g)+CO2(g)== CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H＝﹣87.0 kJ/mol，

故答案为：2NH3(g)+CO2(g)== CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H＝﹣87.0 kJ/mol；

②根据图示可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为：CO(NH2)2+H2O﹣6e﹣== CO2↑+N2↑+6H+，该反应的总方程式为： 2CO(NH2)2+3O2 = 2CO2 + 2N2 + 4H2O，根据关系式2 CO(NH2)23O2可知，电池工作时，理论上每净化1mol尿素，消耗O2的体积为1.5 mol 22.4 L/mol = 33.6 L，

故答案为：甲；CO(NH2)2+H2O﹣6e﹣== CO2↑+N2↑+6H+；33.6。