Question

合理应用和处理氮的化合物，在生产生活中有重要意义。

（1）尿素[CO(NH₂)₂]是一种高效化肥，也是一种化工原料。

①以尿素为原料在一定条件下发生反应：

CO(NH₂)₂(s)+H₂O(l)2NH₃(g)+CO₂(g) △H=+133.6 kJ/mol。关于该反应的下列说法正确的是____________________（填序号）。

a．从反应开始到平衡时容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变

b．在平衡体系中增加水的用量可使该反应的平衡常数增大

c．降低温度使尿素的转化率增大

d. 缩小容器的体积，平衡向逆反应方向移动，达新平衡时NH₃的浓度大于原平衡

②尿素在一定条件下可将氮的氧化物还原为氮气。

已知：

再结合①中的信息，则反应2CO(NH₂)₂(s)+6NO(g)5N₂(g)+2CO₂(g)+4H₂O(l)的△H ＝_______kJ/mol。

③密闭容器中以等物质的量的NH₃和CO₂为原料，在120℃、催化剂作用下反应生成尿素：CO₂(g)+2NH₃(g) CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)，混合气体中NH₃的物质的量百分含量随时间变化关系如图所示。则a点的正反应速率v_正（CO₂）______b点的逆反应速率v_逆（CO₂）（填“>”、“=”或“<”）；氨气的平衡转化率为________________。

（2）NO₂会污染环境，可用Na₂CO₃溶液吸收NO₂并生成CO₂。已知9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液完全反应时转移电子0.1mol，此反应的离子方程式为_________；恰好反应后，使溶液中的CO₂完全逸出，所得溶液呈弱碱性，则溶液中离子浓度大小关系是c(Na^＋)>______。

（3）用肼燃料电池为电源，通过离子交换膜电解法控制电解液中OH^－的浓度来制备纳米Cu₂O，装置如图所示：

上述装置中B电极应连电极__（填“C”或“D”）。该电解池中的离子交换膜为__（填“阴”或“阳”）离子交换膜。

Answer

a -1804.7kJ/mol > 75% 2NO2+ CO32—=CO2+ NO2—+ NO3— c（NO3—）> c（NO2—）> c（OH—）>c（H＋） D 阴

【解析】

（1）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；

a．混合气体中只有氨气、二氧化碳，二者物质的量之比为定值2：1，平均相对分子质量不变；

b．平衡常数只受温度影响；

c．正反应为吸热反应，降低温度平衡逆向移动；

d. 缩小容器的体积，平衡向气体体积增大的正反应方向移动；

②尿素在一定条件下可将氮的氧化物还原为氮气，反应方程式为：2 CO（NH2）2（s）+6 NO（g）=5 N2（g）+2CO2（g）+4 H2O（l），

已知：①CO(NH2)2 （s）+H2O（l）2NH3（g）+CO2（g）△H=+133.6kJ/mol，

由图可得热化学方程式：②4NH3（g）+6 NO（g）=5 N2（g）+6H2O（l）△H=-2071.9 kJ/mol，

根据盖斯定律，①×2+②可得：2 CO（NH2）2（s）+6 NO（g）=5 N2（g）+2CO2（g）+4 H2O（l）；

③a点未到达平衡，反应继续向正反应进行，正反应速率减小、逆反应速率增大到b点平衡状态时正逆速率相等；

设NH3和CO2的起始物质的量为1mol，平衡时氨气转化率为x，表示出平衡时各组分物质的量，结合氨气的体积分数20%列方程计算；

（2）9.2gNO2的物质的量=0.2mol，Na2CO3溶液完全反应生成CO2时转移电子0.1mol，反应中只有N元素化合价变化，则N的化合价分别由+4价变化为+5价和+3价，反应的离子方程式为：2NO2+CO32-=NO3-+NO2-+CO2，在碱性溶液中应生成NaNO3和NaNO2，二者浓度相等，NO2-水解溶液呈碱性。

（1）①a、混合气体的平均相对分子质量= ，反应中只有生成物二氧化碳和氨气为气体且始终按物质的量之比为1：2生成，故混合气体的平均相对分子质量始终不变，选项a正确；

b、温度不变，化学平衡常数不变，选项b错误；

c．反应CO(NH2)2(s)+H2O(l)2NH3(g)+CO2(g) △H=+133.6 kJ/mol正反应为吸热反应，降低温度平衡逆向移动，尿素的转化率减小，选项c错误；

d. 缩小容器的体积，平衡向气体体积增大的正反应方向移动，达新平衡时由于体积增大的倍数大于平衡移动增多的氨气的量的倍数，NH3的浓度小于原平衡，选项d错误；

答案选a；

②尿素在一定条件下可将氮的氧化物还原为氮气，反应方程式为：2 CO（NH2）2（s）+6 NO（g）=5 N2（g）+2CO2（g）+4 H2O（l），

已知：①CO（NH2）2 （s）+H2O（l）2NH3（g）+CO2（g）△H=+133.6kJ/mol，

由图可得热化学方程式：②4NH3（g）+6 NO（g）=5 N2（g）+6H2O（l）△H=-2071.9 kJ/mol，

根据盖斯定律，①×2+②可得：2CO（NH2）2（s）+6NO（g）=5N2（g）+2CO2（g）+4H2O（l）△H=-1804.7KJ/mol；

③氨气的体积分数从50%变化为20%后体积分数保持不变，说明b点反应达到平衡状态，a点氨气体积百分含量大于b的氨气体积百分含量，说明反应正向进行达到平衡状态，a点的正反应速率大于b点的正反应速率，故v正（CO2）＞v逆（CO2）；

设NH3和CO2的起始物质的量为1mol，平衡时氨气转化率为x，则：

CO2（g）+2NH3（g）CO （NH2）2 （s）+H2O（g），

起始量（mol）：1 1 0

变化量（mol）：0.5x x 0.5x

平衡量（mol）：1-0.5x 1-x 0.5x

氨气的体积分数==20%，解得x=75%；

（2）9.2gNO2的物质的量=0.2mol，Na2CO3溶液完全反应生成CO2时转移电子0.1mol，反应中只有N元素化合价变化，则N的化合价分别由+4价变化为+5价和+3价，反应的离子方程式为：2NO2+CO32-=NO3-+NO2-+CO2，在碱性溶液中应生成NaNO3和NaNO2，二者浓度相等，NO2-水解溶液呈碱性，所得溶液中的离子浓度大小关系为c（Na+）＞c（NO3-）＞c（NO2-）＞c（OH-）＞c（H+）；

（3）燃料电池正极通氧气，负极通燃料，故C为负极，D为正极，铜电极被氧化，发生的电极方程式为2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O，故铜为阳极，与原电池的正极相连，即B与D，A与C相连；答案选B；

根据总反应，则阳极反应为2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O，所以离子交换膜应采用阴离子交换膜。