Question

6．尿素[CO（NH₂）₂]是首個(gè)由無(wú)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2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O
（2）當(dāng)氨碳比=2.5，CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖1所示．
則A點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v_逆（CO₂）小于B點(diǎn)的正反應(yīng)速率為v_正（CO₂）（填“大于”、“小于”或“等于”）．NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為48% ．
（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B（填“A”或“B”）．
②陽(yáng)極室中發(fā)生的反應(yīng)為6Cl^--6e^-═3Cl₂↑，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 15.68L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則除去的尿素為7.2 g（忽略氣體的溶解）．

Answer 1

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(shū)寫(xiě)方程式；
（2）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；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(yáng)極放電和陽(yáng)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(yáng)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；
③陰極反應(yīng)為：6H₂O+6e^-═6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-═3H₂↑）；
陽(yáng)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(yáng)極上產(chǎn)生的OH^-、H⁺的數(shù)目相等，陽(yáng)極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H⁺通過(guò)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(yáng)極產(chǎn)生1 mol N₂和1 mol CO₂，根據(jù)n=$\frac{V}{Vm}$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．

解答 解：（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+CO₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O，故答案為：2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O；
（2）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，設(shè)CO₂的初始物質(zhì)的量為a，則NH₃的初始物質(zhì)的量為2.5a，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$\frac{1.2a}{2.5a}$×100%=48%，
故答案為：小于；48%；
（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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極上產(chǎn)生的OH^-、H⁺的數(shù)目相等，陽(yáng)極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H⁺通過(guò)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(yáng)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$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，即n（N₂）=n（CO₂）=0.6mol×$\frac{1}{5}$=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(diǎn)評(píng) 考查化學(xué)平衡的計(jì)算、電解池原理與有關(guān)計(jì)算，難度較大，（3）中關(guān)鍵注意觀察電極產(chǎn)物，判斷發(fā)生的反應(yīng)，注意根據(jù)方程式判斷左室中PH值的變化．