Question

人工腎臟可用間接電化學方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素，原理如右圖．
（1）電源的負極為

 

（填“A”或“B”）．
（2）陽極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為：

 

，

 

．
（3）電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）；若兩極共收集到氣體13.44L（標準狀況），則除去的尿素質(zhì)量=

 

g（忽略氣體的溶解）．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學專題

分析：（1）根據(jù)電解池中陰離子在陽極放電和陽離子在陰極放電的規(guī)律，結(jié)合本題圖中的電極產(chǎn)物CO₂和N₂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(yīng)為：6H₂O+6e^-═6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-═3H₂↑）
陽極反應(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、陽極上產(chǎn)生的OH^-、H⁺的數(shù)目相等，陽極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H⁺通過質(zhì)子交換膜進入陰極室與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；
根據(jù)n=

V

Vm

計算兩極產(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，計算n（N₂）=n（CO₂），再根據(jù)方程式計算尿素的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計算尿素的質(zhì)量．

解答： 解：（1）由圖可知，左室電極產(chǎn)物為CO₂和N₂，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(fā)生的反應(yīng)依次為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，
CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
（3）陰極反應(yīng)為6H₂O+6e^-═6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-═3H₂↑）
陽極反應(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、陽極上產(chǎn)生的OH^-、H⁺的數(shù)目相等，陽極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H⁺通過質(zhì)子交換膜進入陰極室與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；
電解收集到的13.44 L氣體，物質(zhì)的量為

13.44L

22.4L/mol

=0.6mol，由反應(yīng)CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl可知n（N₂）=n（CO₂）=0.6mol×

1

5

=0.12 mol，
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．

點評：本題考查電解池原理與有關(guān)計算，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．