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所示（圖中某些轉(zhuǎn)化步驟未列出）．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）天然氣脫硫后產(chǎn)生的Fe₂S₃和H₂O與O₂反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

（2）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CH₄

 

m³ （標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（3）工業(yè)生產(chǎn)尿素的原理是以NH₃和CO₂為原料合成尿素[CO（NH₂）₂]，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₃ （g）+CO₂ （g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （l），該反應(yīng)的平衡常數(shù)和溫度關(guān)系如下：

T/℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

①焓變△H（填“＞”、“＜”或“=”）

 

0．
②在一定溫度和壓強(qiáng)下，若原料氣中的NH₃和CO₂的物質(zhì)的量之比（氨碳比）

n(NH3)

n(CO2)

=x，圖1是氨碳比（x）與CO₂平衡轉(zhuǎn)化率（α）的關(guān)系．圖1中的B點(diǎn)處，NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

．

（4）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

 

，多孔電極和無(wú)孔電極相比較，其優(yōu)點(diǎn)是：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）Fe₂S₃和H₂O與0₂反應(yīng)生成氫氧化鐵和S；
（2）由C原子守恒可知，CH₄～CO₂～CO（NH₂）₂，以此計(jì)算；
（3）①依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化分析判斷反應(yīng)吸熱放熱；
②依據(jù)x含義和圖象數(shù)據(jù)分析結(jié)合化學(xué)方程式換算氨氣轉(zhuǎn)化率；
（4）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；接觸面積影響反應(yīng)．

解答： 解：（1）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；
（2）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

120×106g

60g/mol

×22.4L/mol×10^-3m³=4.48×10⁴m³，故答案為：4.48×10⁴；
（3）①平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；
②B點(diǎn)處x=4，原料氣中的NH₃和CO₂的物質(zhì)的量之比為4，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為64%，假設(shè)氨氣為4mol，二氧化碳為1mol，則反應(yīng)的二氧化碳為0.64mol，
依據(jù)化學(xué)方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）反應(yīng)的氨氣為1.28mol，NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率=

1.28mol

4mol

×100%=32%，
故答案為：32%；
（4）尿素燃料電池中尿素再負(fù)極上失去電子生成氮?dú)狻⒍�氧化碳，�?fù)極反應(yīng)為CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺；多孔電極和無(wú)孔電極相比較接觸面積大，反應(yīng)充分，
故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O-6e^-═N₂↑+CO₂↑+6H⁺；接觸面積大，反應(yīng)充分．

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，（4）為學(xué)生解答的難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)．