Question

運用所學知識，解決下列懲題：
（1）合成氨的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1．
已知：

1mol N-H鍵斷裂吸收的能量為

 

kJ．
（2）工業(yè)上用NH₃和CO₂原料合成尿素的化學方程式為：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）
，該反應的平衡常數(shù)和溫度關系如下表：

T/℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

①該反應的正反應是

 

反應（填“放熱”或“吸熱”）．
②在一定條件下，原料氣中的氨碳比[n（NH₃）：n（CO₂）]與CO₂．平衡轉化率的關系如圖1，請解釋曲線變化趨勢的原因

 

．
③圖1中B處NH₃的平衡轉化率為

 

．
（3）氨可用作堿性燃料電池的燃料，電池反應為4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，則氨燃料電池的負極電極反應為

 

．

（4）人工腎臟用間接電化學方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素，原理如圖2：
①電源的正極為

 

（填“A“或“B“）．
②陽極室中發(fā)生的反應依次為

 

、

 

．
③邀鰓結束震，蘸極室溶液的pH與電解前相比將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）；若兩極挾收集到氣體8.961（標準狀況），則除去的尿素為

 

g（忽略氣體的溶解）．

Answer 1

考點：有關反應熱的計算,化學電源新型電池,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的計算,電解原理

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）化學反應舊鍵斷裂吸收能量，新鍵生成釋放能量，反應焓變的數(shù)值是兩者能量的差值；
（2）①溫度對反應平衡常數(shù)的影響和反應的吸放熱之間有關；
②增加反應物的量，化學平衡正向移動，能使另一種反應物的轉化率增大；
③依據(jù)化學平衡三段式列式計算得到；
（3）在燃料點池中，負極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應；
（4）①電解池的陰極連接電源的負極，陽極連接電源的正極，根據(jù)電解產(chǎn)物判斷；
②陽極室中發(fā)生的反應依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③根據(jù)電極方程式計算，有關反應有為陰極反應為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑）陽極反應為：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．

解答： 解：（1）反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，根據(jù)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1，令N-H鍵能為 xKJ/mol，則945.8kJ/mol+3×436kJmol-6xkJ/mol=-92.2kJ/mol解得x=391，故答案為：391；
（2）①該反應的K隨著溫度的升高而減小，所以該反應是放熱的，故答案為：放熱；
②氨碳比增大，即NH₃的物質的量增大，會使得尿素合成反應的平衡向正向移動，所以使CO₂的轉化率增大，故答案為：碳比增大，n（NH₃）增大，尿素合成反應的平衡向正向移動，使CO₂的轉化率增大；
 ③B點處二氧化碳轉化率為64%，假設氨氣為4mol，二氧化碳為1mol，則反應的二氧化碳為0.64mol，
依據(jù)化學方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）反應的氨氣為1.28mol，
NH₃的平衡轉化率=

1.28mol

4mol

×100%=32% 故答案為：32%；
（3）氨可用作堿性燃料電池的燃料，根據(jù)電池反應：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，氨燃料電池的負極上是燃料氨氣發(fā)生失電子的氧化反應，其電極反應2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂；
（4）①根據(jù)電解池中陰離子在陽極放電和陽離子在陰極放電的規(guī)律及本題圖中的電極產(chǎn)物H₂和Cl₂，可以判斷出A為電源的正極，B為電源的負極，故答案為：A；
②陽極首先發(fā)生氧化反應生成氯氣，氯氣和尿素反應生成氮氣、二氧化碳和氯化氫，陽極室中發(fā)生的反應依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③陰極反應為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑）陽極反應為：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．
根據(jù)上述反應式可以看出在陰、陽極上產(chǎn)生的OH^-、H⁺的數(shù)目相等，陽極室中反應產(chǎn)生的H⁺通過質子交換膜進入陰極室與OH^-恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；由上述反應式可以看出，轉移6mole^-時，陰極產(chǎn)生3molH₂，陽極產(chǎn)生1molN₂和1molCO₂，故電解收集到的13.44 L氣體中，V（N₂）=V（CO₂）=

8.961L

5

=1.7922LL，即n（N₂）=n（CO₂）=0.08 mol，根據(jù)方程式CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl可知生成0.08mol N₂所消耗的CO（NH₂）₂的物質的量也為0.08 mol，其質量為：m[CO（NH₂）₂]=0.08 mol×60 g?mol^-1=4.8g，
故答案為：不變；4.8．

點評：本題綜合考查學生熱化學、電化學以及化學反應速率和平衡的綜合知識，注意知識的遷移和應用是關鍵，難度大．