【簡介】

尿素，又稱碳酰胺（carbamide)，是由碳、氮、氧、氫組成的有機(jī)化合物，又稱脲。因為在人尿中含有這種物質(zhì)，所以取名尿素。尿素是一種白色晶體，無臭無味，熔點(diǎn)132.7℃，溶于水、甲醛、液態(tài)氨和醇，難溶于乙醚、氯仿。呈弱堿性。它是最簡單的有機(jī)化合物之一。相對分子質(zhì)量60，分子式為H₂NCONH₂（CO(NH₂)₂）。

尿素分子的球棍模型

尿素分子的比例模型

尿素是哺乳動物和某些魚類體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝分解的主要含氮終產(chǎn)物，人在普通膳食的情況下，每日尿中可排出尿素25—30克，接近尿中總氮量的87％。也是目前含氮量最高的氮肥，含氮量約為46.67%。它易保存，使用方便，對土壤的破壞作用小，是目前使用量較大的一種化學(xué)氮肥，適用于各種土壤和植物。

尿素化肥包裝

尿素化肥顆粒

【工業(yè)生產(chǎn)】

工業(yè)上用氨氣和二氧化碳在一定條件下合成尿素。

2NH₃ + CO₂ → CO(NH₂)₂+ H₂O

而這個反應(yīng)一般認(rèn)為是由兩個分步反應(yīng)組成。

第一步：氨與CO₂作用生成氨基甲酸銨

2NH₃+ CO₂ = NH₄COONH_{2             （1）}

第二步：氨基甲酸銨脫水生成尿素

NH₄COONH₂= CO(NH₂)₂ + H₂O  （2）

這兩個反應(yīng)都是可逆反應(yīng)，反應(yīng)（1）是放熱反應(yīng)，在常溫下實(shí)際上可以進(jìn)行到底，在100kPa、150℃時，反應(yīng)進(jìn)行的很快、很完全，為瞬時反應(yīng)，而反應(yīng)（2）是吸熱反應(yīng)，進(jìn)行的比較緩慢，且不完全，這就使其成為合成尿素的控制反應(yīng)。生產(chǎn)尿素的簡要生產(chǎn)流程如下圖所示：

尿素的基本生產(chǎn)流程

【發(fā)現(xiàn)歷史】

1773年，伊萊爾·羅埃爾（Hilaire Rouelle）發(fā)現(xiàn)尿素。1828年，德國化學(xué)家弗里德里希·維勒首次使用無機(jī)物質(zhì)氰酸銨（NH₄CNO，一種無機(jī)化合物，可由氯化銨和氰酸銀反應(yīng)制得)與硫酸銨人工合成了尿素。本來他打算合成氰酸銨，卻得到了尿素。尿素的合成揭開了人工合成有機(jī)物的序幕。同時，也證明了活力論的錯誤（活力論認(rèn)為無機(jī)物與有機(jī)物有根本性差異，所以無機(jī)物無法變成有機(jī)物，有機(jī)化合物只能由生物的細(xì)胞在一種特殊的力量——生命力的作用下產(chǎn)生，人工合成是不可能的）。

弗里德里希·維勒

【中考例題】

1．（2015·北京）化學(xué)肥料對糧食增產(chǎn)起著重要作用，下列能作磷肥的是（　?。?/span>

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

解答：解：A、NH₄HCO₃中含有氮元素，屬于氮肥，故選項錯誤．

B、CO（NH₂）₂中含有氮元素，屬于氮肥，故選項錯誤．

C、KNO₃中含有氮元素和鉀元素，屬于復(fù)合肥，故選項錯誤．

D、Ca （H₂PO₄）₂中含有磷元素，屬于磷肥，故選項正確．

故選：D．

2．（2015·南寧）尿素[CO（NH₂）₂]是一種常用的化學(xué)肥料，它屬于（　　）
 A． 鉀肥 B． 磷肥 C． 氮肥 D． 復(fù)合肥

分析： 含有氮元素的肥料稱為氮肥，含有磷元素的肥料稱為磷肥，含有鉀元素的肥料稱為鉀肥，同時含有氮、磷、鉀三種元素中的兩種或兩種以上的肥料稱為復(fù)合肥．
解答： 解：尿素[CO（NH₂）₂]只含有營養(yǎng)元素氮元素，屬于氮肥．
故選C．
 

3．（2015·營口）下列化肥中，屬于復(fù)合肥料的是（　?。?br> A． NH₄NO₃ B． NH₄H₂PO₄ C． CO（NH₂）₂ D． K₂SO₄

分析： 含有氮元素的肥料稱為氮肥，含有磷元素的肥料稱為磷肥，含有鉀元素的肥料稱為鉀肥，同時含有氮、磷、鉀三種元素中的兩種或兩種以上的肥料稱為復(fù)合肥．
解答： 解：A、NH₄NO₃中含有氮元素，屬于氮肥．
B、NH₄H₂PO₄中含有氮元素和磷元素，屬于復(fù)合肥． 
C、CO（NH₂）₂中含有氮元素，屬于氮肥．
D、K₂SO₄中含有鉀元素，屬于鉀肥．
故選B．

4．（2015·重慶）某農(nóng)技站貨架上待售的化肥有NH₄NO₃、KNO₃、CO（NH₂）₂，其中缺少的肥料品種是（　　）
 A． 氮肥 B． 磷肥 C． 鉀肥 D． 復(fù)合肥

分析： 據(jù)常見化肥的種類進(jìn)行解答，含有氮元素的肥料稱為氮肥，含有磷元素的肥料稱為磷肥，含有鉀元素的肥料稱為鉀肥，同時含有氮、磷、鉀三種元素中的兩種或兩種以上的肥料稱為復(fù)合肥．
解答： 解：硝酸銨是氮肥、硝酸鉀是復(fù)合肥、尿素是氮肥，還缺少的是磷肥．
故選B．
 

5．(2013.北京27)人類維持生命和健康必須攝取食物。

（3）化肥對提高糧食產(chǎn)量具有重要的作用。尿素[CO(NH₂)₂]是一種常用的化肥，工業(yè)上生產(chǎn)尿素的反應(yīng)的微觀示意圖如下：

①尿素由        種元素組成，屬于        （填“氮”、“磷”或“鉀”）肥。

②生產(chǎn)尿素的反應(yīng)中，A與 B的質(zhì)量比為       。

答案（3）①4    氮   ②17:22

【高考例題】

1．1773年，伊萊爾·羅埃爾（Hilaire Rouelle）發(fā)現(xiàn)尿素。1828年，弗里德里?！ぞS勒首次使用無機(jī)物質(zhì)氰酸鉀[KCNO]與硫酸銨人工合成了尿素[CO(NH2)2]。
（1）維勒合成尿素的化學(xué)反應(yīng)方程式為                       。
（2）工業(yè)上尿素是由CO2和NH3在一定條件下合成，其反應(yīng)方程式為                      當(dāng)氨碳比的轉(zhuǎn)化率隨時間的變化關(guān)系如圖1所示。
①A點(diǎn)速率v逆（CO2）      點(diǎn)速率為V正（CO2）（填“大于”、“小于”或“等于”）
②NH3的平衡轉(zhuǎn)化率為                   。

（3）人工腎臟可用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素，原理如圖2。
①電源的負(fù)極為         （填“A”或“B”）。
②陰極室中發(fā)生的電極反應(yīng)式為               
③電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將       (填“增大”、“減小”、“不變”)若兩極共收集到氣體11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則除去的尿素為       g（忽略氣體的溶解）。

【答案】

（1）2KCNO+(NH4)2SO4=2CO(NH2)2+K2SO4
（2）2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O     小于     30%
（3）B （1分）    2H++2e- ="=" H2 ↑ （1分）            不變      6.0 （其余均2分）

【解析】（1）一個簡單的復(fù)分解反應(yīng)：2KCNO+(NH4)2SO4=2CO(NH2)2+K2SO4
（2）根據(jù)反應(yīng)物和生成物可知，反應(yīng)的方程式是2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O。
①根據(jù)圖像可知，B點(diǎn)CO2的轉(zhuǎn)化率不再發(fā)生變化，所以是平衡狀態(tài)。因此A點(diǎn)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，因此A點(diǎn)的逆反應(yīng)速率小于B的點(diǎn)的正反應(yīng)速率；
②如果設(shè)CO2的物質(zhì)的量是1mol，則氨氣是4mol。根據(jù)圖像可知，CO2的轉(zhuǎn)化率是0.6，則消耗CO2是0.6mol，所以消耗氨氣是1.2mol，因此氨氣的轉(zhuǎn)化率是1.2÷4＝0.3，即30％。
（3）①根據(jù)裝置圖可知，和電源B極相連的產(chǎn)生氫氣，所以該電極是陰極，氫離子放電，所以B是電源的負(fù)極，A是正極。
②陽極失去電子，所以溶液中的氯離子放電，生成氯氣。氯氣具有氧化性，能氧化尿素生成氮?dú)夂虲O2，方程式分別是2Cl--2e-=Cl2↑、CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl。
③由以上的方程式可計算出除去的尿素為6.0g

2．（2014江蘇）尿素［CO(NH2)2］是首個由無機(jī)物人工合成的有機(jī)物。人工腎臟可用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素，原理如圖： 

(1)電源的負(fù)極為________(填“A”或“B”)。 
(2)陽極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為________、________。 
(3)電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將__________；若兩極共收集到氣體13.44 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則除去的尿素為______ g。

【解析】 

3．尿素是蛋白質(zhì)代謝的產(chǎn)物，也是重要的化學(xué)肥料。工業(yè)合成尿素反應(yīng)如下： 
2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)
(1)在一個真空恒容密閉容器中充入CO2和NH3發(fā)生上述反應(yīng)合成尿素，恒定溫度下混合氣體中的氨氣含量如圖所示。

A點(diǎn)的正反應(yīng)速率v正(CO2)_______B點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v逆(CO2)(填“＞”、“＜”或“＝”)； 
氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率為________________________。 
(2)氨基甲酸銨是合成尿素的一種中間產(chǎn)物。將體積比為2:1的NH3和CO2混合氣體充入一個容積不變的真空密閉容器中，在恒定溫度下使其發(fā)生下列反應(yīng)并達(dá)到平衡：2NH3(g)＋CO2(g) NH2COONH4(s)
將實(shí)驗測得的不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列于下表： 

①關(guān)于上述反應(yīng)的焓變、熵變說法正確的是 。 
A.H＜0 ，S＜0 B.H＞0， S＜0 C.H＞0， S＞0 D.H＜0， S＞0
②關(guān)于上述反應(yīng)的平衡狀態(tài)下列說法正確的是________________
A.分離出少量的氨基甲酸銨，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率將增大 
B.平衡時降低體系溫度，CO2的體積分?jǐn)?shù)下降 
C.NH3的轉(zhuǎn)化率始終等于CO2的轉(zhuǎn)化率 
D.加入有效的催化劑能夠提高氨基甲酸銨的產(chǎn)率 
③氨基甲酸銨極易水解成碳酸銨，酸性條件水解更徹底。將氨基甲酸銨粉末逐漸加入1L0.1mol/L的鹽酸溶液中直到pH=7(室溫下，忽略溶液體積變化)，共用去0.052mol氨基甲酸銨，此時溶液中幾乎不含碳元素。 
此時溶液中c(NH4+)=      ； 

NH4+水解平衡常數(shù)值為      。

【答案】

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