Question

（14分）（2012?重慶）尿素[CO（NH₂）₂]是首個由無機物人工合成的有機物．
（1）工業(yè)上尿素由CO₂和NH₃在一定條件下合成，其反應方程式為             ．
（2）當氨碳比=4時，CO₂的轉化率隨時間的變化關系如圖1所示．
①A點的逆反應速率v_逆（CO₂）             B點的正反應速率v_正（CO₂）（填“大于”“小于”或“等于”）．
②NH₃的平衡轉化率為             ．
（3）人工腎臟可采用間接電化學方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素，原理如圖2所示．

①電源的負極為             （填“A”或“B”）．
②陽極室中發(fā)生的反應依次為             、             ．
③電解結束后，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（標準狀況），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，同時還有H₂O生成，配平書寫方程式；
（2）①由CO₂的轉化率隨時間變化圖可知在A點時反應還未達到平衡狀態(tài)，反應仍將繼續(xù)正向進行；
②設CO₂的初始物質的量為a，則NH₃的初始物質的量為4a，由圖可知，CO₂的轉化率為60%，故轉化的二氧化碳為0.6a，根據(jù)方程式計算轉化的NH₃的物質的量，再根據(jù)轉化率定義計算；
（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氣、二氧化碳，同時會生成HCl；
③陰極反應為：6H₂O+6e^﹣═6OH^﹣+3H₂↑（或6H⁺+6e^﹣═3H₂↑）
陽極反應為：6Cl^﹣﹣6e^﹣═3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl
根據(jù)上述反應式可以看出在陰、陽極上產(chǎn)生的OH^﹣、H⁺的數(shù)目相等，陽極室中反應產(chǎn)生的H⁺通過質子交換膜進入陰極室與OH^﹣恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；
由上述反應式可以看出，轉移6 mol e^﹣時，陰極產(chǎn)生3 mol H₂，陽極產(chǎn)生1 mol N₂和1 mol CO₂，根據(jù)n=計算兩極產(chǎn)生的氣體的物質的量，利用氣體中各組分的比例關系，計算n（N₂）=n（CO₂），再根據(jù)方程式計算尿素的物質的量，根據(jù)m=nM計算尿素的質量．
解：（1）CO₂和NH₃合成CO（NH₂）₂，根據(jù)元素守恒可知，同時還有H₂O生成，化學方程式為：
2NH₃+CO₂CO（NH₂）₂+H₂O，故答案為：2NH₃+CO₂CO（NH₂）₂+H₂O；
（2）①由CO₂的轉化率隨時間變化圖可知在A點時反應還未達到平衡狀態(tài)，反應仍將繼續(xù)正向進行，故v_逆（CO₂）小于B點平衡時的化學反應速率，故答案為：小于；
②設CO₂的初始物質的量為a，則NH₃的初始物質的量為4a，由圖可知，CO₂的轉化率為60%，故轉化的二氧化碳為a×60%=0.6a，根據(jù)方程式可知，轉化的NH₃的物質的量為0.6a×2=1.2a，故平衡時氨氣的轉化率定為×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，故A為電源的正極，右室電解產(chǎn)物H₂，發(fā)生還原反應，故B為電源
的負極，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氣、二氧化碳，同時會生成HCl，陽極室中發(fā)生的反應依次為：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陰極反應為6H₂O+6e^﹣═6OH^﹣+3H₂↑（或6H⁺+6e^﹣═3H₂↑）
陽極反應為6Cl^﹣﹣6e^﹣═3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl
根據(jù)上述反應式可以看出在陰、陽極上產(chǎn)生的OH^﹣、H⁺的數(shù)目相等，陽極室中反應產(chǎn)生的H⁺通過質子交換膜進入陰極室與OH^﹣恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；
由上述反應式可以看出，轉移6 mol e^﹣時，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的物質的量也為0.12 mol，其質量為：m[CO（NH₂）₂]="0.12" mol×60 g?mol^﹣1="7.2" g，
故答案為：不變，7.2；
點評：考查化學平衡的計算、電解池原理與有關計算，難度較大，（3）中關鍵注意觀察電極產(chǎn)物，判斷發(fā)生的反應，注意根據(jù)方程式判斷左室中PH值的變化．