Question

【題目】氨、尿素[CO(NH2)2]都是氮的重要化合物，在工農業生產中應用廣泛。

(1)已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol-1

①取1molN2(g)和3molH2(g)放在一密閉容器中，在催化劑存在時進行反應，測得反應放出的熱量___92.2kJ(填“＞”、“＝”或“＜”)，原因是_______________。

②使用催化劑，該反應△H_____(填“變大”“變小”或“不變”)。

③已知：分別破壞1molN≡N鍵、1molH－H鍵需要吸收的能量為：946kJ、436kJ，則破壞1molN－H鍵需要吸收的能量為_____kJ．

(2)以CO2與NH3為原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。已知：

Ⅰ.2NH3(g)+CO2(g)==NH2CO2NH4(s)△H＝﹣159.5kJ/mol

Ⅱ.NH2CO2NH4(s)==CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H＝+116.5kJ/mol

Ⅲ.H2O(l)==H2O(g)△H＝+44.0kJ/mol

①寫出CO2與NH3合成尿素和液態水的熱化學反應方程式_______________________。

②化學家正在研究尿素動力燃料電池。用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產生凈化的水，又能發電，尿素燃料電池結構如圖所示：

回答下列問題：

電池中的負極為_____(填“甲”或“乙”)，甲的電極反應式為_____________，

電池工作時，理論上每凈化1mol尿素，消耗O2的體積(標準狀況下)約為_____L。

Answer 1

【答案】＜ 由于該反應是可逆反應，反應物無法全部轉化為生成物 不變 391 2NH3(g)+CO2(g)== CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H＝﹣87.0 kJ/mol 甲 CO(NH2)2+H2O﹣6e﹣== CO2↑+N2↑+6H+ 33.6

【解析】

（1）①合成氨反應為可逆反應，不可能進行到底，故在實際生產中1 mol N2和3 mol H2不可能生成2 mol NH3，放出的熱量也必定小于92 kJ；

②催化劑改變反應速率不改變化學平衡及△H；

③ΔH＝反應物的鍵能之和—生成物的鍵能之和，據此分析作答；

（2）①根據蓋斯定律計算；

②該電池CO(NH2)2在負極失電子生成二氧化碳和氮氣，氧氣在正極反應生成水，電解質溶液中含氫離子，該反應的總方程式為： 2CO(NH2)2+3O2 = 2CO2 + 2N2 + 4H2O，據此分析作答；

（1）①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol-1，N2和H2反應生成2 mol NH3時放出的熱量為92.2 kJ，是指1 mol氮氣和3 mol的氫氣完全反應生成2 mol的氨氣放出的熱量為92.2 kJ，1mol N2和3 molH2放在密閉容器中不可能完全轉化為氨氣，所以放出熱量一定小于92.2 kJ，

故答案為：＜；由于該反應是可逆反應，反應物無法全部轉化為生成物；

②催化劑改變反應速率不改變化學平衡，反應熱不變，

故答案為：不變；

③已知：分別破壞1 mol N≡N鍵、1 mol HH鍵需要吸收的能量為：946 kJ、436 kJ，設破壞1 mol NH鍵需要吸收的能量為x，根據N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol-1，焓變=反應物總鍵能生成物的總鍵能，即946 kJ/mol+3×436 kJ/mol6x = －92.2 kJ/mol，解得x=391 kJ/mol，即破壞1 mol NH鍵需要吸收的能量為：391 kJ；

故答案為：391；

（2）①由Ⅰ. 2NH3(g)+CO2(g)= NH2CO2NH4(s) H = -159.5kJmol-1
Ⅱ.NH2CO2NH4(s)= CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H = +116.5kJmol-1
Ⅲ. H2O(l)=H2O(g) △H=+44.0kJmol-1
結合蓋斯定律可知，①+②-③得到2NH3(g)+CO2(g)= CO(NH2)2(s)+H2O(l)，其△H = 159.5 kJmol1+(+116.5kJmol1)(+44.0kJmol1)=87.0kJmol1，則CO2與NH3合成尿素和液態水的熱化學反應方程式為2NH3(g)+CO2(g)== CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H＝﹣87.0 kJ/mol，

故答案為：2NH3(g)+CO2(g)== CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H＝﹣87.0 kJ/mol；

②根據圖示可知，甲電極上CO(NH2)2反應生成二氧化碳和氮氣，N元素化合價升高，失電子，為電源的負極，電解質溶液為酸性，則其電極反應式為：CO(NH2)2+H2O﹣6e﹣== CO2↑+N2↑+6H+，該反應的總方程式為： 2CO(NH2)2+3O2 = 2CO2 + 2N2 + 4H2O，根據關系式2 CO(NH2)23O2可知，電池工作時，理論上每凈化1mol尿素，消耗O2的體積為1.5 mol 22.4 L/mol = 33.6 L，

故答案為：甲；CO(NH2)2+H2O﹣6e﹣== CO2↑+N2↑+6H+；33.6。