【危老师科普】认识含氮量最高的化肥——尿素 以及中高考中与尿素相关的题目

【简介】

尿素，又称（carbamide)，是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物，又称脲。因为在人尿中含有这种物质，所以取名尿素。尿素是一种白色晶体，无臭无味，熔点132.7℃，溶于水、甲醛、液态氨和醇，难溶于乙醚、氯仿。呈弱碱性。它是最简单的有机化合物之一。相对分子质量60，分子式为H2NCONH2（CO(NH2)2）。

尿素分子的球棍模型

尿素分子的比例模型

尿素是哺乳动物和某些鱼类体内蛋白质代谢分解的主要含氮终产物，人在普通膳食的情况下，每日尿中可排出尿素25—30克，接近尿中总氮量的87％。也是目前含氮量最高的氮肥，含氮量约为46.67%。它易保存，使用方便，对土壤的破坏作用小，是目前使用量较大的一种化学，适用于各种土壤和植物。

尿素化肥包装

尿素化肥颗粒

【工业生产】

工业上用和二氧化碳在一定条件下合成尿素。

2NH3 + CO2 → CO(NH2)2+ H2O

而这个反应一般认为是由两个分步反应组成。

第一步：氨与CO2作用生成氨基甲酸铵

2NH3+ CO2 = NH4COONH2（1）

第二步：氨基甲酸铵脱水生成尿素

NH4COONH2= CO(NH2)2 + H2O （2）

这两个反应都是可逆反应，反应（1）是放热反应，在常温下实际上可以进行到底，在100kPa、150℃时，反应进行的很快、很完全，为瞬时反应，而反应（2）是吸热反应，进行的比较缓慢，且不完全，这就使其成为合成尿素的控制反应。生产尿素的简要生产流程如下图所示：

尿素的基本生产流程

【发现历史】

1773年，伊莱尔·罗埃尔（Hilaire Rouelle）发现尿素。1828年，德国化学家弗里德里希·维勒首次使用无机物质氰酸铵（NH4CNO，一种无机化合物，可由氯化铵和氰酸银反应制得)与硫酸铵人工合成了尿素。本来他打算合成氰酸铵，却得到了尿素。尿素的合成揭开了人工合成有机物的序幕。同时，也证明了活力论的错误（活力论认为无机物与有机物有根本性差异，所以无机物无法变成有机物，有机化合物只能由生物的细胞在一种特殊的力量——生命力的作用下产生，人工合成是不可能的）。

弗里德里希·维勒

【中考例题】

1．（·北京）化学肥料对粮食增产起着重要作用，下列能作磷肥的是

A． NH4HCO3B． CO（NH2）2 C． KNO3 D． Ca（H2PO4）2

解答：解：A、NH4HCO3中含有氮元素，属于氮肥，故选项错误．

B、CO（NH2）2中含有氮元素，属于氮肥，故选项错误．

C、KNO3中含有氮元素和钾元素，属于复合肥，故选项错误．

D、Ca （H2PO4）2中含有磷元素，属于磷肥，故选项正确．

故选：D．

2．（·南宁）尿素[CO（NH2）2]是一种常用的化学肥料，它属于

A．钾肥B．磷肥C．氮肥D．复合肥

分析：含有氮元素的肥料称为氮肥，含有磷元素的肥料称为磷肥，含有钾元素的肥料称为钾肥，同时含有氮、磷、钾三种元素中的两种或两种以上的肥料称为复合肥．

解答：解：尿素[CO（NH2）2]只含有营养元素氮元素，属于氮肥．

故选C．

3．（·营口）下列化肥中，属于复合肥料的是

A．NH4NO3B．NH4H2PO4C．CO（NH2）2D．K2SO4

分析：含有氮元素的肥料称为氮肥，含有磷元素的肥料称为磷肥，含有钾元素的肥料称为钾肥，同时含有氮、磷、钾三种元素中的两种或两种以上的肥料称为复合肥．

解答：解：A、NH4NO3中含有氮元素，属于氮肥．

B、NH4H2PO4中含有氮元素和磷元素，属于复合肥．

C、CO（NH2）2中含有氮元素，属于氮肥．

D、K2SO4中含有钾元素，属于钾肥．

故选B．

4．（·重庆）某农技站货架上待售的化肥有NH4NO3、KNO3、CO（NH2）2，其中缺少的肥料品种是

A．氮肥B．磷肥C．钾肥D．复合肥

分析：据常见化肥的种类进行解答，含有氮元素的肥料称为氮肥，含有磷元素的肥料称为磷肥，含有钾元素的肥料称为钾肥，同时含有氮、磷、钾三种元素中的两种或两种以上的肥料称为复合肥．

解答：解：硝酸铵是氮肥、硝酸钾是复合肥、尿素是氮肥，还缺少的是磷肥．

故选B．

5．(.北京27)人类维持生命和健康必须摄取食物。

（3）化肥对提高粮食产量具有重要的作用。尿素[CO(NH2)2]是一种常用的化肥，工业上生产尿素的反应的微观示意图如下：

①尿素由种元素组成，属于（填“氮”、“磷”或“钾”）肥。

②生产尿素的反应中，A与 B的质量比为。

答案（3）①4 氮 ②17:22

【高考例题】

1．1773年，伊莱尔·罗埃尔（Hilaire Rouelle）发现尿素。1828年，弗里德里希·维勒首次使用无机物质氰酸钾[KCNO]与硫酸铵人工合成了尿素[CO(NH2)2]。

（1）维勒合成尿素的化学反应方程式为。

（2）工业上尿素是由CO2和NH3在一定条件下合成，其反应方程式为当氨碳比

的转化率随时间的变化关系如图1所示。

①A点速率v逆（CO2）

点速率为V正（CO2）（填“大于”、“小于”或“等于”）

②NH3的平衡转化率为。

（3）人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图2。

①电源的负极为（填“A”或“B”）。

②阴极室中发生的电极反应式为

③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将(填“增大”、“减小”、“不变”)若两极共收集到气体11.2L（标准状况），则除去的尿素为g（忽略气体的溶解）。

【答案】

（1）2KCNO+(NH4)2SO4=2CO(NH2)2+K2SO4

（2）2NH3+CO2

CO(NH2)2+H2O小于 30%

（3）B （1分） 2H++2e-="=" H2↑ （1分）不变 6.0（其余均2分）

【解析】（1）一个简单的复分解反应：2KCNO+(NH4)2SO4=2CO(NH2)2+K2SO4

（2）根据反应物和生成物可知，反应的方程式是2NH3+CO2

CO(NH2)2+H2O。

①根据图像可知，B点CO2的转化率不再发生变化，所以是平衡状态。因此A点没有达到平衡状态，因此A点的逆反应速率小于B的点的正反应速率；

②如果设CO2的物质的量是1mol，则氨气是4mol。根据图像可知，CO2的转化率是0.6，则消耗CO2是0.6mol，所以消耗氨气是1.2mol，因此氨气的转化率是1.2÷4＝0.3，即30％。

（3）①根据装置图可知，和电源B极相连的产生氢气，所以该电极是阴极，氢离子放电，所以B是电源的负极，A是正极。

②阳极失去电子，所以溶液中的氯离子放电，生成氯气。氯气具有氧化性，能氧化尿素生成氮气和CO2，方程式分别是2Cl--2e-=Cl2↑、CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl。

③由以上的方程式可计算出除去的尿素为6.0g

2．（江苏）尿素［CO(NH2)2］是首个由无机物人工合成的有机物。人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图：

(1)电源的负极为________(填“A”或“B”)。

(2)阳极室中发生的反应依次为________、________。

(3)电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将__________；若两极共收集到气体13.44 L(标准状况)，则除去的尿素为______ g。

【解析】

3．尿素是蛋白质代谢的产物，也是重要的化学肥料。工业合成尿素反应如下：

2NH3(g)+CO2(g)

CO(NH2)2(s)+H2O(g)

(1)在一个真空恒容密闭容器中充入CO2和NH3发生上述反应合成尿素，恒定温度下混合气体中的氨气含量如图所示。

A点的正反应速率v正(CO2)_______B点的逆反应速率v逆(CO2)(填“＞”、“＜”或“＝”)；

氨气的平衡转化率为________________________。

(2)氨基甲酸铵是合成尿素的一种中间产物。将体积比为2:1的NH3和CO2混合气体充入一个容积不变的真空密闭容器中，在恒定温度下使其发生下列反应并达到平衡：2NH3(g)＋CO2(g)

NH2COONH4(s)

将实验测得的不同温度下的平衡数据列于下表：

①关于上述反应的焓变、熵变说法正确的是。

A.H＜0 ，S＜0 B.H＞0， S＜0 C.H＞0， S＞0 D.H＜0， S＞0

②关于上述反应的平衡状态下列说法正确的是________________

A.分离出少量的氨基甲酸铵，反应物的转化率将增大

B.平衡时降低体系温度，CO2的体积分数下降

C.NH3的转化率始终等于CO2的转化率

D.加入有效的催化剂能够提高氨基甲酸铵的产率

③氨基甲酸铵极易水解成碳酸铵，酸性条件水解更彻底。将氨基甲酸铵粉末逐渐加入1L0.1mol/L的盐酸溶液中直到pH=7(室温下，忽略溶液体积变化)，共用去0.052mol氨基甲酸铵，此时溶液中几乎不含碳元素。

此时溶液中c(NH4+)=；

NH4+水解平衡常数值为。

(3)化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电！用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水又能发电。尿素燃料电池结构如图所示，写出该电池的负极反应式：。

【答案】

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