Question

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______

Answer 1

【答案】分析：（1）根据反应物和生成物结合质量守恒定律书写化学方程式；
（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利用三段式法计算；
（3）①电解池的阴极连接电源的负极，根据电解产物判断；
②阳极室中发生的反应依次为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③根据电极方程式计算，有关反应有为阴极反应为：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑）
阳极反应为：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．
解答：解：（1）根据所学知识不难写出CO₂和NH₃合成CO（NH₂）₂的化学方程式为：2NH₃+CO₂ CO（NH₂）₂+H₂O，
故答案为：2NH₃+CO₂ 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，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，
          2NH₃+CO₂ CO（NH₂）₂+H₂O
起始/mol  4a    a
转化/mol  1.2a  0.6a
平衡/mol  2.8a  0.4a
平衡时NH₃转化率为：=30%，
故答案为：30%；
（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及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，故答案为：B；
②阳极首先发生氧化反应生成氯气，氯气和尿素反应生成氮气、二氧化碳和水，阳极室中发生的反应依次为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；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6mole^-时，阴极产生3molH₂，阳极产生1molN₂和1molCO₂，故电解收集到的13.44 L气体中，V（N₂）=V（CO₂）==2.688L，
即n（N₂）=n（CO₂）=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．
点评：本题考查了化学平衡及电解原理知识，包括化学平衡的建立和特征、电极产物的判断、电解原理及其应用等，解答电解原理试题时，首先要注意阳极材料，若阳极材料为除Au、Pt之外的金属，则阳极金属先失去电子，若阳极材料为惰性电极，则考虑阴离子的放电顺序，熟记阴阳离子的放电顺序是解题的关键．