Question

氨是重要的化工原料，合成氨是哈伯1905年發(fā)明的．2001年希臘化學家提出了電解合成氨的方法，即在常壓下把氫氣和用氦氣稀釋的氮氣分別通入一個加熱到570℃的電解池中，H₂和N₂在電極上合成氨．此法的轉化率大為提高．已知：N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃（g）△H＜0．請回答下列問題：
（1）電解法合成氨可以使用水做電解液嗎？

 

，為什么？

 

．
（2）若合成氨反應容器的容積為2L，開始充入3mol H₂和1mol N₂ 反應達到平衡時氣體的壓強變?yōu)樵瓉淼?span id="jztzv5z" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

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8

，則氮氣的轉化率為

 

．該反應的化學平衡常數(shù)的表達式為

 

，升高溫度，平衡常數(shù)將

 

．（填增大、減少或不變）；增大反應容器的體積，再達到平衡時，混合氣的平均分子量將

 

．（填增大、減少或不變）．
（3）在一定條件下氨可與其他物質反應生成尿素〔CO（NH₂）₂〕，已知30g尿素在高溫高壓下分解生成11.2LNH₃（標況）、5.6LCO₂和一定量的三聚氰胺分子（三聚氰胺的相對分子質量為126）．不法分子曾在低蛋白含量的奶粉中加入三聚氰胺來提高奶粉中的蛋白質含量，導致許多嬰幼兒腎結石．寫出三聚氰胺的分子式為

 

，其化學反應方程式為

 

． 三聚氰胺分子中有一個六元環(huán)，一個三聚氰胺分子可分解生成三個分子A，則A的結構式是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據合成反應的條件和水的狀態(tài)角度來考慮；
（2）根據壓強之比等于物質的量之比計算反應后容器內混合氣體總的物質的量，利用差量法計算參加反應的氮氣的物質的量，進而計算氮氣的轉化率；
根據平衡常數(shù)定義和反應方程式寫出平衡表達式，根據升高溫度，平衡移動方向判斷平衡常數(shù)變化；根據平衡移動方向判斷；
（3）根據已知量和原子守恒及三聚氰胺的相對分子質量推算三聚氰胺的分子式，配平化學式方程式；根據三聚氰胺的結構及價鍵理論及原子守恒寫出A的結構式．

解答：解：（1）在電解法合成氨的電解池中不能用水作電解質溶液的溶劑，原因是新法合成氨電解池的反應溫度是570℃時，水為水蒸氣，
故答案為：不能；溫度高，水為氣態(tài)，不利于氨氣的生成；
（2）根據壓強之比等于物質的量之比，故反應后容器內混合氣體總的物質的量=4mol×

7

8

=3.5mol，則：
N₂+3H₂=2NH₃ 物質的量減少△n
1            1+3-2=2
n（N₂）    4mol-3.5mol=0.5mol
故n（N₂）=0.5mol×

1

2

=0.25mol，
故平衡后氮氣的物質的量=1mol-0.25mol=0.75mol；
氮氣的轉化率=

0.25mol

1mol

×100%=25%；
此反應的平衡常數(shù)表達式為：K=

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

；
升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，即向逆反應方向移動，所以K減��；
增大體積，平衡向逆反應方向移動，總物質的量增大，故平均摩爾質量減��；
故答案為：25%；K=

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

；減小；減小；
（3）尿素的物質的量為：

30g

60g/mol

=0.5mol，氨氣的物質的量為：

11.2L

22.4L/mol

=0.5mol，二氧化碳的物質的量為：

5.6L

22.4L/mol

=0.25mol，
反應方程式可寫成：2 CO（NH₂）₂→三聚氰胺+2NH₃↑+CO₂↑，根據原子守恒可推知三聚氰胺中含C、H、N且個數(shù)比為：1mol：2mol：2mol=1：2：2
設三聚氰胺分子式為（CH₂N₂）n，根據三聚氰胺的相對分子質量為126得：（12+2+28）×n=126，解得n=3，故三聚氰胺的分子式為：C₃H₆N₆，
故方程式可寫成：2 CO（NH₂）₂→C₃H₆N₆+2NH₃↑+CO₂↑，根據原子守恒配平得：6 CO（NH₂）₂=C₃H₆N₆+6NH₃↑+3CO₂↑；
根據三聚氰胺分子中有一個六元環(huán)及碳4價氮3價氫1價原則，可知三聚氰胺的結構為：






一個三聚氰胺分子可分解生成三個分子A，即C₃H₆N₆→3A，根據原子守恒可知A的分子式CH₂N₂，A的結構式為：；
故答案為：C₃H₃N₆；6 CO（NH₂）₂=C₃H₆N₆+6NH₃↑+3CO₂↑；．

點評：本題難度較大，既有原理的運用，又有物質分子式和結構式的推斷，要綜合運用題給信息，要用原子守恒來確定組成及配平方程式．