题目内容

16．尿素[CO（NH2）2]是首个由无机物人工合成的有机物．

（1）工业上尿素由CO2和NH3在一定条件下合成，其反应方程式为2NH3+CO2$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CO（NH2）2+H2O．
（2）当氨碳比$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=4时，CO2的转化率随时间的变化关系如图1所示．
①A点的逆反应速率v逆（CO2）小于B点的正反应速率v正（CO2）（填“大于”、“小于”或“等于”）．
②NH3的平衡转化率为30%．
③一定温度下，在一个容积不变的密闭容器中，发生上述反应，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是ad  （填字母，下同）．
a．容器中的压强不变         
b．3mol N-H键断裂的同时断裂2molH-O键
c．c（CO2）=c（H2O）             
d．c（CO2）的浓度保持不变
（3）人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图所示．
①电源的负极为B（填“A”或“B”）．
②阳极室中发生的反应依次为6Cl--6e-═3Cl2↑、CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl．
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将不变；若两极共收集到气体11.2L（标准状况），则除去的尿素为6g（忽略气体的溶解）．

分析 （1）CO2和NH3合成CO（NH2）2，根据元素守恒可知，同时还有H2O生成，配平书写方程式；
（2）①由CO2的转化率随时间变化图，可知在A点时反应还未达到平衡状态，反应仍将继续正向进行，而B点处于平衡状态；
②设CO2的初始物质的量为a，则NH3的初始物质的量为4a，由图可知，CO2的转化率为60%，故转化的二氧化碳为0.6a，根据方程式计算转化的NH3的物质的量，再根据转化率定义计算；
③a．发生反应：2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2 （s）+H2O（g），随反应进行压强减小，容器中的压强不变说明到达平衡状态；
b．断裂2molH-O键的同时生成6molN-H时，反应到达平衡；
c．平衡时二氧化碳、水的浓度关系与二氧化碳转化率有关；
d．可逆反应到达平衡时，反应混合物各组分浓度不变；
（3）①由图可知，左室电极产物为Cl2，发生氧化反应，故A为电源的正极，右室电解产物H2，发生还原反应；
②由图可知，阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl；
③阴极反应为：6H2O+6e-═6OH-+3H2↑（或6H++6e-═3H2↑），
阳极反应为：6Cl--6e-═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl，
根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH-、H+的数目相等，阳极室中反应产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与OH-恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变；
由上述反应式可以看出，转移6 mol e-时，阴极产生3 mol H2，阳极产生1 mol N2和1 mol CO2，根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算两极产生的气体的物质的量，利用气体中各组分的比例关系计算n（N2）、n（CO2），再根据方程式计算尿素的物质的量，根据m=nM计算尿素的质量．

解答 解：（1）CO2和NH3合成CO（NH2）2，根据元素守恒可知，同时还有H2O生成，化学方程式为：
2NH3+CO2$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CO（NH2）2+H2O，
故答案为：2NH3+CO2$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CO（NH2）2+H2O；
（2）①由CO2的转化率随时间变化图，可知在A点时反应还未达到平衡状态，反应仍将继续正向进行，逆反应速率继续增大到B点处于平衡状态，故v逆（CO2）小于B点平衡时的化学反应速率，
故答案为：小于；
②设CO2的初始物质的量为a，则NH3的初始物质的量为4a，由图可知，CO2的转化率为60%，故转化的二氧化碳为a×60%=0.6a，根据方程式可知，转化的NH3的物质的量为0.6a×2=1.2a，故平衡时氨气的转化率定为$\frac{1.2a}{4a}$×100%=30%，
故答案为：30%；
③a．发生反应：2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2 （s）+H2O（g），正反应为气体物质的量减小的反应，随反应进行压强减小，容器中的压强不变说明到达平衡状态，故a正确；
b．3mol N-H键断裂的同时断裂2molH-O键，而断裂2molH-O键的可以生成6molN-H，氨气的生成速率大于消耗速率，反应向逆反应进行，故b错误；
c．平衡时二氧化碳、水的浓度与二氧化碳转化率有关，平衡时不一定相等，故c错误；
d．c（CO2）的浓度保持不变，说明到达平衡，故d正确，
故选：ad；
（3）①由图可知，左室电极产物为Cl2，发生氧化反应，故A为电源的正极，右室电解产物H2，发生还原反应，故B为电源的负极，故答案为：B；
②由图可知，阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl，阳极室中发生的反应依次为：6Cl--6e-═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl，
故答案为：6Cl--6e-═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl；
③阴极反应为6H2O+6e-═6OH-+3H2↑（或6H++6e-═3H2↑）
阳极反应为6Cl--6e-═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl
根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH-、H+的数目相等，阳极室中反应产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与OH-恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变；
由上述反应式可以看出，转移6 mol e-时，阴极产生3 mol H2，阳极产生1 mol N2和1 mol CO2，故电解收集到的11.2 L气体，物质的量为$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，即n（N2）=n（CO2）=0.5mol×$\frac{1}{5}$=0.1 mol，
根据方程式CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl，可知生成0.1 mol N2所消耗的CO（NH2）2的物质的量也为0.1 mol，其质量为：m[CO（NH2）2]=0.1 mol×60 g•mol-1=6 g，
故答案为：不变；6．

点评 本题考查化学平衡的计算、化学平衡状态判断、电解池原理与有关计算，（3）中注意观察电极产物判断发生的反应，注意根据方程式判断左室中PH值的变化．

练习册系列答案
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7．阿司匹林是一种历史悠久的解热镇痛药，学名为乙酰水杨酸，结构简式为．某探究小组在实验室探究阿司匹林的合成，主要原料是水杨酸（邻羟基苯甲酸）与醋酸酐[（CH3CO）2O]，制备基本实验流程如下：

已知：①乙酰水杨酸是白色晶体，易溶于乙醇、乙醚，在128～135℃易分解．
②主要试剂和产品的其它物理常数
名称相对分子质量熔点或沸点（℃）水溶性
水杨酸132158（熔点）微溶
醋酸酐102139.4（沸点）与水反应
乙酰水杨酸180135（熔点）微溶
请根据以上信息回答下列问题：
（1）写出水杨酸与醋酸酐制备阿司匹林的化学方程式．
（2）制备阿司匹林主反应时，仪器必须干燥的原因是防止醋酸酐与水反应．
（3）合成阿司匹林主反应时，最合适的加热方法是水浴加热，除酒精灯外，该加热装置还需要的玻璃仪器有烧杯（或水浴锅）、温度计．
（4）提纯粗产品时加入饱和NaHCO3溶液至没有CO2产生为止，再抽滤（即减压过滤），结合提纯流程回答加饱和NaHCO3溶液的目的是使乙酰水杨酸与NaHCO3溶液反应，转化为易溶于水的乙酰水杨酸钠，便于分离．
（5）最终所得产品可能仍含有少量水杨酸，检验含有水杨酸的操作和现象是取少量粗产品于试管中，加适量乙醇（或蒸馏水）溶解，滴加几滴FeCl3溶液，若呈紫色则含水杨酸，若无紫色出现，说明产品中不含水杨酸．．
4．CoCl2•6H2O是一种饲料营养强化剂，一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co（OH）3，还含少量Fe2O3、•Al2O3、MnO等]制取CoCl2•6H2O的工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表．
沉淀物Fe（OH）3Fe（OH）2Co（OH）2Al（OH）2Mn（OH）2
开始沉淀2.77.67.64.07.7
完全沉淀3.79.69.25.29.8
（1）盐酸的作用是溶解矿石，提供酸性环境，Na2SO3的作用是（文字描述）将Fe3+、Co3+还原．
（2）NaClO3加入浸出液后生成NaCl，写出反应的离子方程式ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O．
（3）加Na2CO3调pH至5.2的目的是为完全沉淀Fe3+、Al3+．
（4）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图1，萃取剂的作用是除去溶液中的Mn2+，其使用的适宜pH范围是C．A.1.0～2.0  B.2.0～2.5   C.3.0～3.5   D 4.0～4.5
（5）取部分加入萃取剂后的混合液，在实验室按流程图获得粗产品．
①使用分液漏斗前要检漏，是检查玻璃塞、旋塞芯是否漏水，若发现其中一处漏水，必要的操作或做法是若发现玻璃塞处漏水，更换分液漏斗，若发现旋塞芯处漏水，则用纸或干布擦净旋塞或旋塞孔，在旋塞芯上涂一层薄薄的润滑脂，将旋塞芯塞进旋塞内，旋转数圈，使润滑脂均匀分布后将旋塞关闭好．（只写出其中一种漏水对应的操作或做法）
②在蒸发过程中为防止产生杂质或脱水，当较多晶体析出时，改为抽滤得到晶体．
写出抽滤装置（如图2）中指定仪器的名称：A安全瓶，B抽气泵．
下列抽滤操作或说法正确的是ABE
A．用蒸馏水润湿滤纸，微开水龙头，抽气使滤纸紧贴在漏斗瓷板上
B．用倾析法转移溶液，开大水龙头，待溶液快流尽时再转移沉淀
C．注意吸滤瓶内液面高度，当接近支管口位置时，拨掉橡皮管，滤液从支管口倒出
D．用抽滤洗涤沉淀时，应开大水龙头，使洗涤剂快速通过沉淀物，以减少沉淀物损失
E．抽滤不宜用于过滤胶状或颗粒太小的沉淀
用少量蒸馏水洗涤晶体，判断晶体是否洗净的具体操作是用洁净的铂丝蘸取最后一次洗涤液在酒精灯火焰上灼烧，如果看到黄色火焰，说明没有洗净，否则已洗净．
11．碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是世界各国研究的热点问题．请回答：
（1）消除汽车尾气中的NO、CO，有利于减少对环境的污染．已知如下信息：
Ⅰ、
Ⅱ．N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H1；
2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=-565KJ•mol-1
①△H1=+183kJ/mol．
②在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体，写出反应的热化学方程式N2（g）+2NO=2CO2（g）+N2（g）△H=-748kJ/mol．
（2）在催化剂作用下，CO2和H2可以制取甲醇，在体积为2L的密闭容器中，充入lmolCO2和3mol H2，一定条件下发生反应：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）．△H＜0．CO2（g）和CH3OH（g）的物质的量随时间变化的曲线如图一所示：
①从反应开始到平衡，H2O的平均反应速率v（H2O）=0.0375mol/（L．min）．此反应的平衡常数为$\frac{64}{3}$．
②下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是BD（填序号）
A．升高温度    
B．将CH3OH（g）及时液化移出
C．选择高效催化剂  
D．再充入1molCO2和4molH2
（3）用间接电化学法除去NO的过程，如图二所示：已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，写出阴极的电极反应式：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O．用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：2S2O42-+2NO+2H2O=N2+4HSO3-．
（4）①工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO2，分别生成NaHSO3、NH4HSO3，其水溶液均呈酸性．相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c（SO32-）较小的是NH4HSO3，用文字和化学用语解释原因HSO3-?H++SO32-，而NH4+水解：NH4++H2O?NH3．H2O+H+，使溶液中c（H+）增大，抑制HSO3-电离，溶液中SO32-浓度减小．
②废气中的SO2可用NaOH溶液吸收，吸收SO2后的碱性溶液还可用于C12的尾气处理，吸收C12后的溶液仍呈强碱性．则吸收C12后的溶液中一定存在的阴离子有OH-、SO42-、Cl-；还可能存在SO32-，取该溶液于试管中，滴加黄色的溴水，得到无色溶液．此实验不能证明溶液中含有SO32-，理由是：Br2+2OH-=BrO-+Cl-+H2O．（用离子方程式表示）
1．工业上，可用CO和H2合成CH3OH，此反应的化学方程式为CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．该反应不同温度下的平衡常数如表所示：
温度/℃0100200300400
平衡常数667131.9×10-22.4×10-41×10-5
下列叙述中正确的是（　　）
A．该反应的正反应是吸热反应
B．100℃时，向体积为V1L的恒容密闭容器中充入2mol CO和4mol H2，达到平衡时，CO的转化率为40%，则V1=12
C．250℃时，向体积为V2L的恒容密闭容器中充入3mol CO和3mol H2，达到平衡时，混合气体中CO的体积分数为50%
D．250℃时，向体积为V2L的恒容密闭容器中充入3mol CO和3mol H2，达到平衡时，混合气体中CH3OH（g）的体积分数为62.5%
8．已知某温度下，四种一元弱酸的电离平衡常数为：Ka（HCN）=6.2×10-10mol/L、Ka（HF）=6.8×10-4mol/L、Ka（CH3COOH）=1.8×10-5mol/L、Ka（HNO2）=6.4×10-6mol/L．物质的量浓度都为0.1mol/L的下列溶液中，pH最小的是（　　）
A．HCNB．CH3COOHC．HFD．HNO2
5．在一密闭容器中加入A和B，各物质的物质的量浓度随着反应的进行，如图所示．下列说法不正确的是（　　）
A．该反应的化学方程式为5A+4B?4C
B．2min时，该反应达到平衡，此时A、B、C的浓度比为5：4：4
C．用B的浓度变化表示0-2min时间内的速率为2mol/（L•min）
D．2min前，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，但是正反应速率大于逆反应速率
6．在常温下，下列关于电解质溶液的叙述一定正确的是（　　）
A．将PH=a的NaOH溶液加水稀释至10n倍，则溶液的PH变为a-n
B．等浓度的氨水和NH4Cl溶液等体积混合后：c（NH${\;}_{4}^{+}$）+c（H+）＞c（NH3•H2O）+c（OH-）
C．向NaOH溶液中逐滴加入CH3COOH溶液至PH=7，水的电离程度逐渐增大
D．PH=5.6的NaHSO3溶液：c（Na+）＞c（HSO${\;}_{3}^{_}$）＞c（H2SO3）＞c（SO${\;}_{3}^{2-}$）

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