《2026年薪火金卷高考仿真模拟卷化学》

17. (14分)尿素是一种重要化工生产原料。工业上以液氨和二氧化碳为原料,在高温、高压条件下直接合成尿素,主要反应如下:
① ${2NH_{3}(l) + CO_{2}(g){＜=＞[][]}H_{2}NCOONH_{4}(l)}$ $\Delta H = -103.7\ {kJ· mol^{-1}}$
② ${H_{2}NCOONH_{4}(l){＜=＞[][]}CO(NH_{2})_{2}(l) + H_{2}O(l)}$ $\Delta H = +15.5\ {kJ· mol^{-1}}$
请回答下列问题:
(1) ${2NH_{3}(l) + CO_{2}(g){＜=＞[][]}CO(NH_{2})_{2}(l) + H_{2}O(l)}$ $\Delta H =$-88.2${kJ· mol^{-1}}$。
(2) 工业上直接合成尿素时,选择较高温度的原因是升高温度，反应速率加快，单位时间内尿素的产率增大。
(3) 在$T_{1}\ {^{\circ}C}$和$T_{2}\ {^{\circ}C}$时($T_{1} ＜ T_{2}$),向恒容容器中投入等物质的量的两种反应物,发生反应:${HN\xlongequal{}C\xlongequal{}O(g) + NH_{3}(g){＜=＞[][]}CO(NH_{2})_{2}(g)}$ $\Delta H ＜ 0$。
① 平衡时$\lg p({NH_{3}})$与$\lg p[{CO(NH_{2})_{2}}]$的关系如图1所示,$p$为物质的分压(单位为${kPa}$)。若$v_{正} = k_{正}× p({HNCO})× p({NH_{3}})$,$v_{逆} = k_{逆}× p[{CO(NH_{2})_{2}}]$。
$T_{1}\ {^{\circ}C}$时,$\dfrac{k_{正}}{k_{逆}} =$1000${kPa^{-1}}$。$T_{2}\ {^{\circ}C}$时此反应的标准平衡常数$K^{\theta} =$1000。{已知:分压$=$总压$×$该组分物质的量分数,对于反应:$d{D(g)} + e{E(g)}{＜=＞[][]}g{G(g)}$,$K^{\theta} = \dfrac{\left[\dfrac{p({G})}{p^{\theta}}\right]^{g}}{\left[\dfrac{p({D})}{p^{\theta}}\right]^{d}\left[\dfrac{p({E})}{p^{\theta}}\right]^{e}}$,其中$p^{\theta} = 100\ {kPa}$,$p({G})$、$p({D})$、$p({E})$为各组分的平衡分压}
② 图2为在不同催化剂下,反应至相同时间,容器中尿素的物质的量随温度变化的曲线,则在$T_{2}\ {^{\circ}C}$,催化效率最好的是催化剂③(填序号)。温度大于$T_{2}\ {^{\circ}C}$时,$n[{CO(NH_{2})_{2}}]$下降的原因可能是随温度升高，催化剂活性降低，反应速率降低，相同时间内生成的CO(NH₂)₂的物质的量减少(或该反应放热，温度升高，平衡逆向移动，产物减少；或可能发生了副反应)(任写一点)(答出一点即可,不考虑物质的稳定性)。
(4) 电化学合成尿素为实现碳、氮中和与减轻环境污染提供了一种很有前景的解决方案。某碱性电化学合成系统如图3所示,该系统中,阴极反应为CO₂ + N₂ + 6e⁻ + 5H₂O = CO(NH₂)₂ + 6OH⁻。

答案： 17.解析
(1)根据盖斯定律，反应①$+$反应②可得${2NH_{3}(l) + CO_{2}(g)⇌ CO(NH_{2})_{2}(l) + H_{2}O(l)}$ $\Delta H = (-103.7 + 15.5)\ \mathrm{kJ· mol^{-1}} = -88.2\ \mathrm{kJ· mol^{-1}}$。
(2)工业上直接合成尿素时，选择较高温度的原因是：升高温度，反应速率加快，单位时间内尿素的产率增大。
(3)①因为$T_{1}\lt T_{2}$，故在图1中上方线是$T_{1}$对应的曲线，平衡时$v_{正} = v_{逆}$，即$k_{正}\ p({HNCO})× p({NH_{3}}) = k_{逆}× p[{CO(NH_{2})_{2}}]$，代入$\lg p({NH_{3}}) = 1$、$\lg p[{CO(NH_{2})_{2}}] = 5$，$\dfrac{k_{正}}{k_{逆}} = \dfrac{p[{CO(NH_{2})_{2}}]}{p({HNCO})× p({NH_{3}})} = \dfrac{10^{5}}{10× 10}\ \mathrm{kPa^{-1}} = 1\ 000\ \mathrm{kPa^{-1}}$；根据标准平衡常数的表达式，代入${A}$点的数据，可得$K^{\Theta} = \dfrac{\dfrac{p[{CO(NH_{2})_{2}}]}{p^{\Theta}}}{\dfrac{p({HNCO})}{p^{\Theta}}× \dfrac{p({NH_{3}})}{p^{\Theta}}} = \dfrac{\dfrac{1\ 000}{100}}{\dfrac{10}{100}× \dfrac{10}{100}} = 1\ 000$。
②由图2可知在$T_{1}\ ^{\circ}C$时，催化剂③的作用下${CO(NH_{2})_{2}}$的物质的量较多时，其物质的量分数较大，故催化效率最好的是催化剂③。催化剂存在活化温度，在活化温度时催化效率较高，由图2的${CO(NH_{2})_{2}}$的物质的量随着温度的变化趋势可知，温度大于$T_{2}\ ^{\circ}C$时，$n[{CO(NH_{2})_{2}}]$下降的原因可能有：随温度升高，催化剂活性降低，反应速率降低，相同时间内生成的${CO(NH_{2})_{2}}$的物质的量减少；该反应放热，温度升高，平衡逆向移动，产物减少；可能发生了副反应。
(4)根据化合价的变化可看出，合成尿素一极为阴极，该电极反应为${CO_{2} + N_{2} + 6e^{-} + 5H_{2}O\xlongequal{}CO(NH_{2})_{2} + 6OH^{-}}$。
答案
(1)$-88.2$
(2)升高温度，反应速率加快，单位时间内尿素的产率增大
(3)①$1\ 000$ $1\ 000$ ②③ 随温度升高，催化剂活性降低，反应速率降低，相同时间内生成的${CO(NH_{2})_{2}}$的物质的量减少(或该反应放热，温度升高，平衡逆向移动，产物减少；或可能发生了副反应)(任写一点)
(4)${CO_{2} + N_{2} + 6e^{-} + 5H_{2}O\xlongequal{}CO(NH_{2})_{2} + 6OH^{-}}$