Question

氨气在工农业生产中有着重要作用，请回答下列有关问题．

(1）用氨气制取尿素[CO(NH₂)₂]的反应方程式为：

2NH₃(g)+CO₂(g）CO(NH₂)₂(1)+H₂O(g）△H<0。

某温度下，向容积为100L的密闭容器中通入4 mol NH₃和2 molCO₂，该反应进行到40s时达到平衡，此时CO₂的转化率为50％。下图中的曲线表示该反应在前25s 内NH₃浓度随时间变化的图象。

① 25-40s内NH₃的平均化学反应速率为___________（保留两位有效数字）。

② 该温度下此反应的平衡常数为___________.

③ 请在图中画出反应从25s延续至60s时c(NH₃）随时间变化的图象，并在其他条件不变的情况下画出使用催化剂时c(NH₃）随时间的变化图象。_____________

(2）氨碳比[n(NH₃)/n(CO₂)]对合成尿素有影响，恒温恒容条件下将总物质的量为3 mol的NH₃和CO₂的混合气体按不同氨碳比进行反应，结果如图1所示。a、b线分别表示CO₂、NH₃的转化率变化，c线表示平衡体系中尿素的质童分数变化.[n(NH₃)/n(CO₂)]=______时，尿素产量最大。

(3）工业生产中为提高尿素的产率可采取的措施有__________

(4）近期科学家发现微生物可将生产废水中的尿素直接转化为对环境友好的两种物质，其工作原理如图2所示。回答下列问题：

① N极为______极（填“正”或“负”) , M电极反应式为：_________。

② N极消耗标准状况下33.6L气体时，M极理论上处理的尿素的质量为_______g。

Answer

3.3×10-4mol/(L·s) 2500(mol/L)-2 增大反应物浓度、增大压强、降低温度 正 CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2↑+N2↑+6H+ 60

【解析】（1）本题考查化学反应速率的计算、化学平衡常数的计算、勒夏特列原理，①达到平衡时，c(NH3)=(40×10－3－40×10－3×50%)mol/L=20×10－3mol·L－1，根据图像，此时的c(NH3)=25×10－3mol·L－1，依据化学反应速率的表达式，v(NH3)=(25×10－3－20×10－3)/15mol/(L·s)=3.3×10－4mol/(L·s)；②

2NH3(g)+CO2(g）CO(NH2)2(1)+H2O(g）

起始浓度： 0.04 0.02 0 0

变化浓度： 0.02 0.01 0.01 0.01

平衡浓度： 0.02 0.01 0.01 0.01 根据化学平衡常数定义，K==25000；③ 催化剂加快反应速率，但对化学平衡的移动无影响，因此图像是：；（2）考查化学反应条件的选择，根据图像，尿素的产量最大，应是曲线的最高点，即比值为2时，尿素的产量最大；（3）考查勒夏特列原理，提高尿素产量，平衡向正反应方向移动，可以增大反应物浓度、增大压强、降低温度等；（4）考查电极反应式的书写、电化学计算，①根据原电池的工作原理，氧气参加的一极为正极，则N极为正极，M极为负极，尿素转化成环境友好的两种物质，即产生N2和CO2，根据图2，M电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－=CO2↑＋N2↑＋6H＋；②N电极反应式O2＋4H＋＋4e－=2H2O，得失电子数目守恒：3O2～12e－ ～2CO(NH2)2，消耗尿素的质量为33.6×2×60/(22.4×3)g=60g。

点睛：本题的难点是电极反应式的书写，对环境友好，说明产生无污染物质，即尿素转变成N2和CO2，根据装置图，尿素还产生H＋，即电极反应式为：CO(NH2)2＋H2O－6e－=CO2↑＋N2↑＋6H＋。