Question

8．（1）人類可以主動參與氮循環，合成氨工業就是參與的手段之一．以天然氣為原料合成氨是新的生產氮肥的方法，它具有污染小、成本低等諸多優點． 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方程式：CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO₂+4H₂．
②寫出合成尿素反應的化學方程式：CO₂+2NH₃$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O．
③寫出O₂與NH₃反應生成NH₄NO₃和H₂O的化學方程式：2NH₃+2O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$NH₄NO₃+H₂O．
④每生產1mol NH₄NO₃最少需要NH₃2mol，而要生產這些NH₃又最少需要CH₄0.75mol．
（2）科學家已獲得極具理論研究意義的N₄分子，其結構為正四面體（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氣體轉化為N₂時要釋放724kJ能量．

Answer 1

分析 （1）①根據工藝流程示意圖可知CH₄的轉化為CO₂和H₂；②根據二氧化碳和氨氣反應生成尿素；③根據原子守恒寫出O₂與NH₃反應生成NH₄NO₃和H₂O的化學方程式；④根據氮原子守恒回答；
（2）從結構圖中可看出，一個N₄分子中含有6個N-N鍵，根據反應熱等于反應物的總鍵能減生成物的總鍵能計算．

解答 解：（1）①CH₄轉化過程中生成了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生成尿素，根據原子守恒：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反應生成NH₄NO₃，根據原子守恒反應的化學方程式為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1mol NH₄NO₃最少需要2molNH₃；根據反應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2molNH₃需要甲烷0.75mol，
故答案為：2；0.75；
（2）從結構圖中可看出，一個N₄分子中含有6個N-N鍵，根據反應熱等于反應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 本題是一道化學和工業生成相結合的題目，涉及到氧化還原反應、方程式的書寫、電解原理、反應熱的計算，考查學生分析和解決問題的能力，題目難度中等．