Question

（14分）（2012?重庆）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 ．

（2）当氨碳比=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） 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 ．

（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，原理如图2所示．

①电源的负极为 （填“A”或“B”）．

②阳极室中发生的反应依次为 、 ．

③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将 ；若两极共收集到气体13.44L（标准状况），则除去的尿素为 g（忽略气体的溶解）．

 

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 不变，7.2

【解析】

试题分析：（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；

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；

（3）①根据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电的规律，结合本题图中的电极产物H2和Cl2可以判断出A为电源的正极，B为电源的负极；

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=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，化学方程式为：

2NH3+CO2CO（NH2）2+H2O，故答案为：2NH3+CO2CO（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，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×100%=30%，

故答案为：30%；

（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13.44 L气体，物质的量为=0.6mol，即n（N2）=n（CO2）=0.6mol×=0.12 mol，

根据方程式CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl可知生成0.12 mol N2所消耗的CO（NH2）2的物质的量也为0.12 mol，其质量为：m[CO（NH2）2]=0.12 mol×60 g?mol﹣1=7.2 g，

故答案为：不变，7.2；