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，反應仍將繼續正向進行；

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，根據方程式計算轉化的NH3的物質的量，再根據轉化率定義計算；

（3）①根據電解池中陰離子在陽極放電和陽離子在陰極放電的規律，結合本題圖中的電極產物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

根據上述反應式可以看出在陰、陽極上產生的OH﹣、H+的數目相等，陽極室中反應產生的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，陰極產生3 mol H2，陽極產生1 mol N2和1 mol CO2，根據n=計算兩極產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），再根據方程式計算尿素的物質的量，根據m=nM計算尿素的質量．

【解析】
（1）CO2和NH3合成CO（NH2）2，根據元素守恒可知，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，反應仍將繼續正向進行，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，左室電極產物為Cl2，發生氧化反應，故A為電源的正極，右室電解產物H2，發生還原反應，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

根據上述反應式可以看出在陰、陽極上產生的OH﹣、H+的數目相等，陽極室中反應產生的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，陰極產生3 mol H2，陽極產生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；