Question

8．（1）人類可以主動參與氮循環(huán)，合成氨工業(yè)就是參與的手段之一．以天然氣為原料合成氨是新的生產(chǎn)氮肥的方法，它具有污染小、成本低等諸多優(yōu)點． 其過程大體如圖1所示：

①請寫出用天然氣制備氫氣的化學(xué)方程式：CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO₂+4H₂．
②寫出合成尿素反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO₂+2NH₃$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O．
③寫出O₂與NH₃反應(yīng)生成NH₄NO₃和H₂O的化學(xué)方程式：2NH₃+2O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$NH₄NO₃+H₂O．
④每生產(chǎn)1mol NH₄NO₃最少需要NH₃2mol，而要生產(chǎn)這些NH₃又最少需要CH₄0.75mol．
（2）科學(xué)家已獲得極具理論研究意義的N₄分子，其結(jié)構(gòu)為正四面體（如圖2）．已知斷裂1molN-N鍵吸收193kJ熱量，斷裂1molN≡N鍵吸收941kJ熱量，則1molN₄氣體轉(zhuǎn)化為N₂時要釋放724kJ能量．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)工藝流程示意圖可知CH₄的轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂；②根據(jù)二氧化碳和氨氣反應(yīng)生成尿素；③根據(jù)原子守恒寫出O₂與NH₃反應(yīng)生成NH₄NO₃和H₂O的化學(xué)方程式；④根據(jù)氮原子守恒回答；
（2）從結(jié)構(gòu)圖中可看出，一個N₄分子中含有6個N-N鍵，根據(jù)反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的總鍵能減生成物的總鍵能計算．

解答 解：（1）①CH₄轉(zhuǎn)化過程中生成了CO₂和H₂，方程式為：CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO₂+4H₂，
故答案為：CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO₂+4H₂；
②二氧化碳和氨氣反應(yīng)生成尿素，根據(jù)原子守恒：CO₂+2NH₃$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O，
故答案為：CO₂+2NH₃$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O；
③O₂與NH₃反應(yīng)生成NH₄NO₃，根據(jù)原子守恒反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₃+2O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$NH₄NO₃+H₂O，
故答案為：2NH₃+2O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$NH₄NO₃+H₂O；
④NH₄NO₃～2NH₃，每生產(chǎn)1mol NH₄NO₃最少需要2molNH₃；根據(jù)反應(yīng)CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO₂+4H₂、N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃，可知生產(chǎn)2molNH₃需要甲烷0.75mol，
故答案為：2；0.75；
（2）從結(jié)構(gòu)圖中可看出，一個N₄分子中含有6個N-N鍵，根據(jù)反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的總鍵能減生成物的總鍵能，則N₄（g）=2N₂（g）△H，有△H=6×193 kJ•mol^-1-2×941 kJ•mol^-1=-724 kJ•mol^-1，
故答案為：724．

點評 本題是一道化學(xué)和工業(yè)生成相結(jié)合的題目，涉及到氧化還原反應(yīng)、方程式的書寫、電解原理、反應(yīng)熱的計算，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，題目難度中等．