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下圖所示（圖中某些轉化步驟未列出）。

請回答下列問題：
（1）反應①的離子方程式是______________
（2）天然氣脫硫后產生的Fe₂S₃和H₂O與0₂反應的化學方程式是_______。
（3）反應②是放熱反應，溫度升高，該反應的平衡常數_______ (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）如果整個生產過程釆用綠色化學工藝，則生產120t尿素理論上需要 CH₄___m³ (標準狀況）。
（5）化學家正在研究尿素動力燃料電池，尿液也能發電！用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產生凈化的水又能發電。尿素燃料電池結構如圖所示，工作時負極的電極反應式為__________

Answer 1

（14分）
（1）CO₃^2-＋CO₂＋H₂O=2HCO₃^-（2分）
（2）2Fe₂S₃＋6H₂O＋3O₂=4Fe(OH)₃＋6S（2分）
（3）減小（2分）   sp²（2分）   （4）4.48×10⁴（3分）
（5）CO(NH₂)₂＋H₂O－6e^－= N₂↑＋CO₂↑＋6H⁺（3分）

解析試題分析：（1）反應①發生二氧化碳與碳酸鉀溶液反應生成碳酸氫鉀，其離子反應為CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-；（2）Fe₂S₃和H₂O與0₂反應生成氫氧化鐵和S，該反應為2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂═4Fe（OH）₃+6S；（3）反應②為合成氨的反應，放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，則平衡常數K減小；H₂NCOONH₄中的C原子上沒有孤對電子，成鍵數為3，C原子采取sp²雜化；（4）由C原子守恒可知，CH₄～CO₂～CO（NH₂）₂，則生產120t尿素理論上需要CH₄為×22.4L/mol×10^-3m³=4.48×10⁴m³；（5）尿素燃料電池中尿素再負極上失去電子生成氮氣、二氧化碳，負極反應為CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺；
考點：本題以尿素的合成為信息考查化學用語及化學平衡、電化學等知識，綜合性較強，題目難度中等，第（5）問為學生解答的難點和易錯點。