Question

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

2NH₃+CO₂

一定條件

CO（NH₂）₂+H₂O

．
（2）當氨碳比

n(NH3)

n(CO2)

=4，時CO₂的轉(zhuǎn)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）

小于

B點的正反應速率v正（CO₂）（填“＜”、“＞”或“=”）
②反應達到平衡后，NH₃的轉(zhuǎn)化率為

30%

．
（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．
①電源的負極為

B

（填“A’或“B”）．
②陽極室中發(fā)生的電極反應為

2Cl^--2e^-=Cl₂↑

，請用化學方程式描述除去尿素的過程

CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl

．
③電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將

不變

（填“變大”、“變小”或“不變”）；若兩極共收集到氣體13.44L（標準狀況），則除去的尿素為

7.2

g（忽略氣體的溶解）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應物和生成物結(jié)合質(zhì)量守恒定律書寫化學方程式；
（2）①由CO₂的轉(zhuǎn)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利用三段式法計算；
（3）①電解池的陰極連接電源的負極，根據(jù)電解產(chǎn)物判斷；
②陽極室中發(fā)生的反應依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③根據(jù)電極方程式計算，有關反應有為陰極反應為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑）
陽極反應為：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．

解答：解：（1）根據(jù)所學知識不難寫出CO₂和NH₃合成CO（NH₂）₂的化學方程式為：2NH₃+CO₂

一定條件

CO（NH₂）₂+H₂O，
故答案為：2NH₃+CO₂

一定條件

CO（NH₂）₂+H₂O；
（2）①由CO₂的轉(zhuǎn)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(zhì)的量為a，則NH₃的初始物質(zhì)的量為4a，
          2NH₃+CO₂

一定條件

CO（NH₂）₂+H₂O
起始/mol  4a    a
轉(zhuǎn)化/mol  1.2a  0.6a
平衡/mol  2.8a  0.4a
平衡時NH₃轉(zhuǎn)化率為：

1.2a

4a

×100%=30%，
故答案為：30%；
（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)律及本題圖中的電極產(chǎn)物H₂和Cl₂，可以判斷出A為電源的正極，B為電源的負極，故答案為：B；
②陽極首先發(fā)生氧化反應生成氯氣，氯氣和尿素反應生成氮氣、二氧化碳和氯化氫，陽極室中發(fā)生的反應依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；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(zhì)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(zhuǎn)移6mole^-時，陰極產(chǎn)生3molH₂，陽極產(chǎn)生1molN₂和1molCO₂，故電解收集到的13.44 L氣體中，V（N₂）=V（CO₂）=

13.44L

5

=2.688L，
即n（N₂）=n（CO₂）=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．

點評：本題考查了化學平衡及電解原理知識，包括化學平衡的建立和特征、電極產(chǎn)物的判斷、電解原理及其應用等，解答電解原理試題時，首先要注意陽極材料，若陽極材料為除Au、Pt之外的金屬，則陽極金屬先失去電子，若陽極材料為惰性電極，則考慮陰離子的放電順序，熟記陰陽離子的放電順序是解題的關鍵．