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2所示，工作時負極的電極反應式為______．

Answer 1

解：（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^-，故答案為：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，故答案為：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，
故答案為：減小；sp²；
（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，故答案為：4.48×10⁴；
（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⁺，
故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺．
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；
（2）Fe₂S₃和H₂O與0₂反應生成氫氧化鐵和S；
（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；H₂NCOONH₄中的C原子上沒有孤對電子，成鍵數為3；
（4）由C原子守恒可知，CH₄～CO₂～CO（NH₂）₂，以此計算；
（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．
點評：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，（5）為學生解答的難點和易錯點．