Question

7．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(wèn)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(jìn)行，下列說(shuō)法能判斷達(dá)到平衡的是AC．
A．單位時(shí)間內(nèi)生成nmol N₂同時(shí)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(gè)生產(chǎn)過(guò)程釆用綠色化學(xué)工藝，則生產(chǎn)120t尿素理論上需要CH₄4.48×10⁴_m³ （標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（6）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?dú)狻⒍�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?dú)夂蜌錃庖欢�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(dòng)；可逆反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）達(dá)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(guò)程中壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（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�?/p>

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(dòng)，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(jì)量數(shù)之比，單位時(shí)間內(nèi)生成nmol N₂同時(shí)消耗3nmol H₂，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)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(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)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(shuō)明反應(yīng)達(dá)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(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)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在水溶液中要發(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(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(píng) 本題以尿素的合成為信息考查化學(xué)用語(yǔ)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)．