Question

2．人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO（NH₂）₂]，原理如图．下列有关说法正确的是（　　）

• A． A为电源的负极
• B． 电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将不变
• C． 阳极室中发生的电极反应为2H⁺+2e^-═H₂↑
• D． 若两极共收集到气体13.44 L（标准状况），则除去的尿素为18g（忽略气体的溶解）

Answer 1

分析 A、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氯气、CO₂和N₂可以判断出A为电源的正极，B为电源的负极；
B、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；
C、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；
D、根据n=$\frac{V}{22.4}$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：A、由图可知，左室电极产物为氯气、CO₂和N₂，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A错误；
B、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，故B正确；
C、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：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl，故C错误；
D、电解收集到的13.44L气体，物质的量为$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，由反应CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl可知n（N₂）=n（CO₂）=0.6mol×$\frac{1}{5}$=0.12 mol，可知生成0.12mol N₂所消耗的CO（NH₂）₂的物质的量也为0.12mol，其质量为：m[CO（NH₂）₂]=0.12 mol×60 g•mol^-1=7.2g，故D错误；
故选：B．

点评 本题考查电解池原理与有关计算，难度较大，B中关键注意观察电极产物，判断发生的反应，注意根据方程式判断左室中pH值的变化．