尿素又称碳酰胺，是一种氮肥，工业上利用CO2和NH3在一定条件下合成尿素。（1）工业上利用二氧化碳和氨气合成尿素，其反应分为如下两步:若按如图物质的状态，反应i生

Question

尿素又称碳酰胺，是一种氮肥，工业上利用CO₂和NH₃在一定条件下合成尿素。

（1）工业上利用二氧化碳和氨气合成尿素，其反应分为如下两步:

 

若按如图物质的状态，反应i生成1mol氨基甲酸铵放出能量为272 kJ，而1mol氨基甲酸铵分解需吸收138 kJ的能量。

①写出CO₂（g）与NH₃（l）合成尿素的热化学方程式为           。

②总反应的平衡常数表达式K=              。

（2）某小组模拟工业合成尿素的反应。在恒温恒容条件，反应物总物质的量恒定为3mol，以不同的氨碳比充入体系进行反应，测得平衡体系中各组分的变化如图1。图2为n(NH₃)/n(CO₂)=4时，测得各组分物质的量的变化。

图1                               图2

①观察图2判断合成尿素总反应的快慢由反应       （填“ⅰ”或“ⅱ”）决定。

②若起始温度相同，反应改为在绝热(与外界没有热量交换)容器中进行，平衡常数K_i将________(填增大、减少、不变)。

③若图1中a、b线分别表示反应物转化率的变化，c线表示平衡体系中尿素物质的量分数的变化，则图中表示NH₃转化率的曲线是     （填a或b）线；M点对应的y值=        。

④若其他条件不变，下列措施能同时提高化学反应速率和尿素产率的是（   ）

A．通入氦气      B．缩小体积 

 C．加入催化剂    D．除去体系中的水蒸气

（3）CO₂是合成尿素的原料。

①华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示，电解质为熔融碳酸钠。电解反应在温度小于900℃时碳酸钙先分解为CaO和CO₂，则阳极的电极反应式为                   。②25℃，右图是CO₂水溶液中含碳元素成分微粒的含量随pH变化曲线。求该温度

下碳酸二级电离常数K₂=            。

Answer 1

【答案】

（1）①2NH₃（g）+CO（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（l）  ΔH= -134 kJ/mol

②([NH₃]·[CO]) ^-1

（2）①ⅱ   ②减小    ③ b  ；  36.4      ④B

（3）① 2CO₃^2--4e^-=2CO₂↑+O₂↑

②1×10^-10.2

【解析】

（1）①题目所给的反应流程中物质状态和数据，可知2mol氨气与1molCO完全反应生成最后产物放出能量为（272-138）kJ。写出热化学方程式为2NH₃（g）+CO（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（l）  ΔH= -134 kJ/mol。

②因为生成物为纯液体和纯固体，所以K=([NH₃]·[CO]) ^-1。

（2）①分析图2可知在10几分钟时NH₃和CO₂浓度不再变化，其他物质还在变化，说明反应ii更慢，所以决定总反应的速率。

②因为反应为放热反应，起始温度相同，在绝热容器中进行，反应体系温度上升，平衡逆移，K减小。

③因为NH₃和CO₂物质的量总和不变，增加一种反应物的量可以提高其他反应物转化率，由此可知随着n(NH₃)/n(CO₂)增大，NH₃转化率减小，图中b为NH₃转化率。由图上可知NH₃转化率为80%，计算可知，平衡时NH₃、CO₂、CO(NH₂)₂、H₂O物质的量分别为0.2mol、0.4mol、0.8mol、0.8mol，则CO(NH₂)₂的物质的量分数为0.8mol/2.2mol=36.4%。

     ④从平衡移动和影响反应速率因素思考，A恒容时通入氦气不影响速率和平衡；B缩小体积可以加快速率促使平衡向右移动；C加入催化剂只影响平衡； D除去体系中的水蒸气减小反应速率，但平衡向右移动。所以选B。

（3）①由图分析可知高温下CaCO₃分解生成CaO、CO₂，CO₂参与阴极反应生成C，熔融的碳酸钠电解质电离出的CO₃^2-离子在阴极上得电子产生O₂，电极反应式为2CO₃^2--4e^-=2CO₂↑+O₂↑。

②碳酸的K_a2=[CO₃^2-][H⁺]/[HCO₃^-]，当[CO₃^2-]=[HCO₃^-]时，K_a2=[H⁺]，由图上曲线可知交点b为[CO₃^2-]=[HCO₃^-]可用于求K_a2。