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）．

請回答下列問題：
（1）尿素中C原子的雜化方式為

 

雜化，反應(yīng)①的離子方程式是

 

；
（2）上述過程中天然氣脫硫后產(chǎn)生的Fe₂S₃、H₂O與O₂反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

；
（3）反應(yīng)②的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫，反應(yīng)的平衡常數(shù)將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”），工業(yè)采用在500℃的溫度下催化合成氨，原因是

 

；
（4）上述步驟中，除水之外能循環(huán)利用的是

 

；
（5）如果整個生產(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）．
（6）化學(xué)家正在研究尿素動力燃料電池，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，工作時負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,物質(zhì)的分離、提純的基本方法選擇與應(yīng)用

專題：

分析：（1）尿素分子的結(jié)構(gòu)簡式為；反應(yīng)①中二氧化碳與碳酸鉀反應(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；500℃的溫度下催化合成氨與反應(yīng)速率有關(guān)；
（4）合成氨氣的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不能完全轉(zhuǎn)化；
（5）由C原子守恒可知，CH₄～CO₂～CO（NH₂）₂，以此計(jì)算；
（6）尿素燃料電池中尿素再負(fù)極上失去電子生成氮?dú)狻⒍�氧化碳�?/div>

解答： 解：（1）尿素分子的結(jié)構(gòu)簡式為，C原子上沒有孤對電子，形成3個σ鍵，所以尿素分子中碳原子的雜化方式為sp²雜化，反應(yīng)①中二氧化碳與碳酸鉀反應(yīng)，離子反應(yīng)為離子反應(yīng)為CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-，故答案為：sp²；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，則平衡常數(shù)K減��；但500℃的溫度下催化合成氨，可加快反應(yīng)速率，
故答案為：減�。患涌旆磻�(yīng)速率；
（4）除水之外能循環(huán)利用的是N₂、H₂的循環(huán)使用，充分利用氮元素、氫元素，提高了原子的利用率，故答案為：N₂、H₂；
（5）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

120×106g

60g/mol

×22.4L/mol×10^-3m³=4.48×10⁴m³，故答案為：4.48×10⁴；
（6）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⁺．

點(diǎn)評：本題以尿素的合成為信息考查混合物分離提純綜合應(yīng)用，為高頻考點(diǎn)，涉及化學(xué)用語及化學(xué)平衡、電化學(xué)等知識，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等，（6）為學(xué)生解答的難點(diǎn)和易錯點(diǎn)．