Question

尿素[CO（NH₂）₂]是一种非常重要的高氮化肥，以天然气（含H₂S）为原料合成尿素的主要步骤如图1所示（图中某些转化步骤未列出）．

请回答下列问题：
（1）尿素中C原子的杂化方式为

 

杂化，反应①的离子方程式是

 

；
（2）上述过程中天然气脱硫后产生的Fe₂S₃、H₂O与O₂反应的化学方程式是

 

；
（3）反应②的正反应是放热反应，升温，反应的平衡常数将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”），工业采用在500℃的温度下催化合成氨，原因是

 

；
（4）上述步骤中，除水之外能循环利用的是

 

；
（5）如果整个生产过程釆用绿色化学工艺，则生产120t尿素理论上需要CH₄

 

m³ （标准状况）．
（6）化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电．用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水又能发电．尿素燃料电池结构如图2所示，工作时负极的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,物质的分离、提纯的基本方法选择与应用

专题：

分析：（1）尿素分子的结构简式为；反应①中二氧化碳与碳酸钾反应生成碳酸氢钾；
（2）Fe₂S₃和H₂O与0₂反应生成氢氧化铁和S；
（3）反应②为合成氨的反应，放热反应，温度升高，平衡逆向移动；500℃的温度下催化合成氨与反应速率有关；
（4）合成氨气的反应为可逆反应，不能完全转化；
（5）由C原子守恒可知，CH₄～CO₂～CO（NH₂）₂，以此计算；
（6）尿素燃料电池中尿素再负极上失去电子生成氮气、二氧化碳．

解答： 解：（1）尿素分子的结构简式为，C原子上没有孤对电子，形成3个σ键，所以尿素分子中碳原子的杂化方式为sp²杂化，反应①中二氧化碳与碳酸钾反应，离子反应为离子反应为CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-，故答案为：sp²；CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-；
（2）Fe₂S₃和H₂O与0₂反应生成氢氧化铁和S，该反应为2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂═4Fe（OH）₃+6S，故答案为：2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂═4Fe（OH）₃+6S；
（3）反应②为合成氨的反应，放热反应，温度升高，平衡逆向移动，则平衡常数K减小；但500℃的温度下催化合成氨，可加快反应速率，
故答案为：减小；加快反应速率；
（4）除水之外能循环利用的是N₂、H₂的循环使用，充分利用氮元素、氢元素，提高了原子的利用率，故答案为：N₂、H₂；
（5）由C原子守恒可知，CH₄～CO₂～CO（NH₂）₂，则生产120t尿素理论上需要CH₄为

120×106g

60g/mol

×22.4L/mol×10^-3m³=4.48×10⁴m³，故答案为：4.48×10⁴；
（6）尿素燃料电池中尿素再负极上失去电子生成氮气、二氧化碳，负极反应为CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺，
故答案为：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺．

点评：本题以尿素的合成为信息考查混合物分离提纯综合应用，为高频考点，涉及化学用语及化学平衡、电化学等知识，综合性较强，题目难度中等，（6）为学生解答的难点和易错点．