Question

（14分）（2012?重慶）尿素[CO（NH2）2]是首個(gè)由無機(jī)物人工合成的有機(jī)物．

（1）工業(yè)上尿素由CO2和NH3在一定條件下合成，其反應(yīng)方程式為 ．

（2）當(dāng)氨碳比=4時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖1所示．

①A點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v逆（CO2） B點(diǎn)的正反應(yīng)速率v正（CO2）（填“大于”“小于”或“等于”）．

②NH3的平衡轉(zhuǎn)化率為 ．

（3）人工腎臟可采用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素，原理如圖2所示．

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13.44L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則除去的尿素為 g（忽略氣體的溶解）．

 

Answer 1

（1）2NH3+CO2CO（NH2）2+H2O；

（2）①小于②30%

（3）①B②6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl③ 不變，7.2

【解析】

試題分析：（1）CO2和NH3合成CO（NH2）2，根據(jù)元素守恒可知，同時(shí)還有H2O生成，配平書寫方程式；

（2）①由CO2的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化圖可知在A點(diǎn)時(shí)反應(yīng)還未達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)仍將繼續(xù)正向進(jìn)行；

②設(shè)CO2的初始物質(zhì)的量為a，則NH3的初始物質(zhì)的量為4a，由圖可知，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，故轉(zhuǎn)化的二氧化碳為0.6a，根據(jù)方程式計(jì)算轉(zhuǎn)化的NH3的物質(zhì)的量，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；

（3）①根據(jù)電解池中陰離子在陽極放電和陽離子在陰極放電的規(guī)律，結(jié)合本題圖中的電極產(chǎn)物H2和Cl2可以判斷出A為電源的正極，B為電源的負(fù)極；

②由圖可知，陽極室首先是氯離子放電生成氯氣，氯氣再氧化尿素生成氮?dú)狻⒍�氧化碳，同時(shí)會(huì)生成HCl；

③陰極反應(yīng)為：6H2O+6e﹣═6OH﹣+3H2↑（或6H++6e﹣═3H2↑）

陽極反應(yīng)為：6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl

根據(jù)上述反應(yīng)式可以看出在陰、陽極上產(chǎn)生的OH﹣、H+的數(shù)目相等，陽極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H+通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室與OH﹣恰好反應(yīng)生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；

由上述反應(yīng)式可以看出，轉(zhuǎn)移6 mol e﹣時(shí)，陰極產(chǎn)生3 mol H2，陽極產(chǎn)生1 mol N2和1 mol CO2，根據(jù)n=計(jì)算兩極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量，利用氣體中各組分的比例關(guān)系，計(jì)算n（N2）=n（CO2），再根據(jù)方程式計(jì)算尿素的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計(jì)算尿素的質(zhì)量．

【解析】
（1）CO2和NH3合成CO（NH2）2，根據(jù)元素守恒可知，同時(shí)還有H2O生成，化學(xué)方程式為：

2NH3+CO2CO（NH2）2+H2O，故答案為：2NH3+CO2CO（NH2）2+H2O；

（2）①由CO2的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化圖可知在A點(diǎn)時(shí)反應(yīng)還未達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)仍將繼續(xù)正向進(jìn)行，故v逆（CO2）小于B點(diǎn)平衡時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率，故答案為：小于；

②設(shè)CO2的初始物質(zhì)的量為a，則NH3的初始物質(zhì)的量為4a，由圖可知，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，故轉(zhuǎn)化的二氧化碳為a×60%=0.6a，根據(jù)方程式可知，轉(zhuǎn)化的NH3的物質(zhì)的量為0.6a×2=1.2a，故平衡時(shí)氨氣的轉(zhuǎn)化率定為×100%=30%，

故答案為：30%；

（3）①由圖可知，左室電極產(chǎn)物為Cl2，發(fā)生氧化反應(yīng)，故A為電源的正極，右室電解產(chǎn)物H2，發(fā)生還原反應(yīng)，故B為電源

的負(fù)極，故答案為：B；

②由圖可知，陽極室首先是氯離子放電生成氯氣，氯氣再氧化尿素生成氮?dú)�、二氧化碳，同時(shí)會(huì)生成HCl，陽極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為：6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl，

故答案為：6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl；

③陰極反應(yīng)為6H2O+6e﹣═6OH﹣+3H2↑（或6H++6e﹣═3H2↑）

陽極反應(yīng)為6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl

根據(jù)上述反應(yīng)式可以看出在陰、陽極上產(chǎn)生的OH﹣、H+的數(shù)目相等，陽極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H+通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室與OH﹣恰好反應(yīng)生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；

由上述反應(yīng)式可以看出，轉(zhuǎn)移6 mol e﹣時(shí)，陰極產(chǎn)生3 mol H2，陽極產(chǎn)生1 mol N2和1 mol CO2，故電解收集到的13.44 L氣體，物質(zhì)的量為=0.6mol，即n（N2）=n（CO2）=0.6mol×=0.12 mol，

根據(jù)方程式CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl可知生成0.12 mol N2所消耗的CO（NH2）2的物質(zhì)的量也為0.12 mol，其質(zhì)量為：m[CO（NH2）2]=0.12 mol×60 g?mol﹣1=7.2 g，

故答案為：不變，7.2；