Question

【題目】目前世界上廣泛采用氨和二氧化碳高溫高壓下制備尿素，主要反應為兩步：

第一步：生成氨基甲酸銨	第二步：氨基甲酸銨脫水生成尿素
2NH3(l)＋CO2(g)H2NCOONH4(氨基甲酸銨) (l) H1	H2NCOONH4(l)H2O(l)＋H2NCONH2(l) H2
快速放熱	慢速吸熱

（1）寫出制備尿素的總反應化學方程式：____________________________，該反應熱為，則______________（“大于”“小于”或“等于”）。

（2）下列說法正確的是________________。

A.利用二氧化碳制備尿素是減緩溫室效應的有效方法

B.第二步反應高溫條件下自發進行

C.提高投料中的水碳比有利于尿素的生成

D.第一步反應的活化能大于第二步反應

（3）尿素生產過程中轉化率通常用二氧化碳轉化率來表示，當二氧化碳起始濃度為時（，水碳比=0.5），尿素平衡轉化率隨氨碳比的變化如表所示：

氨碳比/濃度比	2.95	3.10	3.20	3.50
尿素平衡轉化率/%	56.4	57.5	57.9	60.0

提高氨碳比有利于生成尿素，主要有兩個原因：一是增大氨氣濃度有利于反應正向移動；二是_____________。氨碳比為3.50時，求該狀態下的制備尿素總反應平衡常數K=___________.

（4）一定條件下，在圖中繪制氨基甲酸銨（）在反應過程中物質的量與時間的關系圖。

_______________

（5）通過直接尿素燃料電池裝置，實現了“尿素能”的利用，且產生無污染的產物，寫出負極反應：____________________________.

Answer 1

【答案】 大于 AB 過量氨氣與第二步反應生成的水結合，促進平衡正向移動 0.13 （出現先上升后下降再穩定趨勢即得分）

【解析】

（1）依據蓋斯定律分析；

（2）根據反應自發性、反應速率和化學平衡的基本原理作答；

（3）從濃度影響化學平衡的角度考慮；根據題意，列出三段式，根據平衡常數表達式列式計算；

（4）依據兩步反應分析作答；

（5）由題目信息可知原電池負極發生尿素的氧化反應，在堿性條件下進行，故生成碳酸根。

（1）由題意可知兩步反應相加即為總反應，故制備尿素的總反應化學方程式為：；根據蓋斯定律，，則有，故答案為：；大于；

（2）A. 用于生產尿素是消耗二氧化碳的有效途徑，A項正確；

B. 第二步反應，，高溫自發，B項正確；

C. 水是第二步反應產物，提高水碳比不利于提高尿素的生成，C項錯誤；

D. 第一步反應快速，第二步反應慢速，故第一步反應活化能小于第二步反應，D項錯誤；

故答案為AB。

（3）過量氨氣結合第二步反應生成的水，促進平衡正向移動；由題目中的水碳比和氨碳比，結合尿素平衡轉化率，假設開始，

開始 7 2 0

轉化 2.4 1.2 1.2

平衡 4.6 0.8 1.2，

因水碳比為0.5，起始水蒸氣的濃度為2mol/L0.5=1mol/L，故水蒸氣的平衡濃度為1.2mol/L+1mol/L=2.2mol/L，則平衡常數；

（4）第一步反應快速生成氨基甲酸銨，第二步反應消耗較慢，故氨基甲酸銨先累積后達到平衡濃度，故答案為：（出現先上升后下降再穩定趨勢即得分）；

（5）結合負極尿素產生氮氣和碳酸根離子，其電極反應式為：。