Question

16．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）反應(yīng)①的離子方程式是CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-．
（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2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂═4Fe（OH）₃+6S．
（3）反應(yīng)②N₂+3H₂?2NH₃△H＜0，溫度升高，該反應(yīng)的平衡常數(shù)減小 （填“增大”、“減小”或“不     變”）．如   該反應(yīng)在恒容恒溫條件下進行，下列說法能判斷達到平衡的是AC．
A．單位時間內(nèi)生成nmol N₂同時消耗3nmol H₂    B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變                D．N₂、H₂、NH₃濃度之比為1：3：2
（4）H₂NCOONH₄ （氨基甲酸銨）是合成尿素的中間體，H₂NCOONH₄在水溶液中要發(fā)生水解反應(yīng)，其水解反應(yīng)的離子方程式為：H₂NCOO^-+NH₄⁺+H₂O?H₂NCOOH+NH₃．H₂O．
（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CH₄4.48×10⁴m³ （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，工作時負極的電極反應(yīng)式為CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺．

Answer 1

分析 以天然氣（含H₂S）為原料，加入氫氧化鐵脫硫得到甲烷和Fe₂S₃，通入氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鐵和硫單質(zhì)，氫氧化鐵循環(huán)使用，甲烷和空氣水混合反應(yīng)得到氮氣、二氧化碳和氫氣，通入碳酸鉀溶液發(fā)生反應(yīng)得到碳酸氫鉀，高溫分解生成二氧化碳，氮氣和氫氣一定條件下反應(yīng)生成氨氣，二氧化碳和氨氣反應(yīng)得到尿素．
（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；可逆反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）達到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各組分的濃度、百分含量不再變化；該反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)過程中壓強會發(fā)生變化，據(jù)此進行判斷；
（4）H₂NCOONH₄在水溶液中發(fā)生水解反應(yīng)，生成兩種弱電解質(zhì)一水合氨和氨基甲酸；
（5）由C原子守恒可知，CH₄～CO₂～CO（NH₂）₂，以此計算；
（6）尿素燃料電池中尿素在負極上失去電子生成氮氣、二氧化碳．

解答 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，則平衡常數(shù)K減小，N₂+3H₂?2NH₃ △H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
A．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，單位時間內(nèi)生成nmol N₂同時消耗3nmol H₂，說明正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量發(fā)生變化，氣體質(zhì)量不變混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變 說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．N₂、H₂、NH₃濃度之比為1：3：2不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：減小，AC；
（4）H₂NCOONH₄ （氨基甲酸銨）是合成尿素的中間體，H₂NCOONH₄在水溶液中發(fā)生水解反應(yīng)生成氨基甲酸和一水合氨，反應(yīng)的離子方程式為H₂NCOO^-+NH₄⁺+H₂O?H₂NCOOH+NH₃．H₂O，
故答案為：H₂NCOO^-+NH₄⁺+H₂O?H₂NCOOH+NH₃．H₂O；
（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$\frac{120×1{0}^{6}g}{60g/mol}$×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極上失去電子生成氮氣、二氧化碳，負極反應(yīng)為CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺，
故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺．

點評 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，側(cè)重考查學(xué)生知識綜合運用能力，題目難度中等，（4）為學(xué)生解答的易錯點，注意氨基甲酸和一水合氨都為弱電解質(zhì)，（5）注意守恒思想的應(yīng)用．