Question

尿素[CO（NH₂）₂]是一種非常重要的高氮化肥，以天然氣（含H₂S）為原料 合成尿素的主要步驟如圖1所示（圖中某些轉(zhuǎn)化步驟未列出）．

請(qǐng)回答下列問題：
（1）反應(yīng)①的離子方程式是______
（2）天然氣脫硫后產(chǎn)生的Fe₂S₃和H₂O與0₂反應(yīng)的化學(xué)方程式是______．
（3）反應(yīng)②是放熱反應(yīng)，溫度升高，該反應(yīng)的平衡常數(shù)______ （填“增大”、“減小”或“不變”）．H₂NCOONH₄ （氨基甲酸銨）是合成尿素的中間體，其中碳原子的雜化軌道類型是______雜化．
（4）如果整個(gè)生產(chǎn)過程釆用綠色化學(xué)工藝，則生產(chǎn) 120t尿素理論上需要CH₄______m³ （標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（5）化學(xué)家正在研究尿素動(dòng)力燃料電池，尿液也能發(fā)電！用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn) 生凈化的水又能發(fā)電．尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖2所示，工作時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為______．

Answer 1

解：（1）反應(yīng)①發(fā)生二氧化碳與碳酸鉀溶液反應(yīng)生成碳酸氫鉀，其離子反應(yīng)為CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-，故答案為：CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-；
（2）Fe₂S₃和H₂O與0₂反應(yīng)生成氫氧化鐵和S，該反應(yīng)為2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂═4Fe（OH）₃+6S，故答案為：2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂═4Fe（OH）₃+6S；
（3）反應(yīng)②為合成氨的反應(yīng)，放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，則平衡常數(shù)K減小；H₂NCOONH₄中的C原子上沒有孤對(duì)電子，成鍵數(shù)為3，C原子采取sp²雜化，
故答案為：減��；sp²；
（4）由C原子守恒可知，CH₄～CO₂～CO（NH₂）₂，則生產(chǎn)120t尿素理論上需要CH₄為×22.4L/mol×10^-3m³=4.48×10⁴m³，故答案為：4.48×10⁴；
（5）尿素燃料電池中尿素再負(fù)極上失去電子生成氮?dú)�、二氧化碳，�?fù)極反應(yīng)為CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺，
故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺．
分析：（1）反應(yīng)①發(fā)生二氧化碳與碳酸鉀溶液反應(yīng)生成碳酸氫鉀；
（2）Fe₂S₃和H₂O與0₂反應(yīng)生成氫氧化鐵和S；
（3）反應(yīng)②為合成氨的反應(yīng)，放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)；H₂NCOONH₄中的C原子上沒有孤對(duì)電子，成鍵數(shù)為3；
（4）由C原子守恒可知，CH₄～CO₂～CO（NH₂）₂，以此計(jì)算；
（5）尿素燃料電池中尿素再負(fù)極上失去電子生成氮?dú)�、二氧化碳�?br />點(diǎn)評(píng)：本題以尿素的合成為信息考查化學(xué)用語及化學(xué)平衡、電化學(xué)等知識(shí)，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等，（5）為學(xué)生解答的難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)．