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(xué)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?dú)夥謩e通入一個(gè)加熱到570℃的電解池中，H₂和N₂在電極上合成氨．此法的轉(zhuǎn)化率大為提高．已知：N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃（g）△H＜0．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）電解法合成氨可以使用水做電解液?jiǎn)幔?!--BA-->

 

，為什么？

 

．
（2）若合成氨反應(yīng)容器的容積為2L，開始充入3mol H₂和1mol N₂ 反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氣體的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的

7

8

，則氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為

 

．該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為

 

，升高溫度，平衡常數(shù)將

 

．（填增大、減少或不變）；增大反應(yīng)容器的體積，再達(dá)到平衡時(shí)，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(zhì)反應(yīng)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(biāo)況）、5.6LCO₂和一定量的三聚氰胺分子（三聚氰胺的相對(duì)分子質(zhì)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(lái)提高奶粉中的蛋白質(zhì)含量，導(dǎo)致許多嬰幼兒腎結(jié)石．寫出三聚氰胺的分子式為

 

，其化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

． 三聚氰胺分子中有一個(gè)六元環(huán)，一個(gè)三聚氰胺分子可分解生成三個(gè)分子A，則A的結(jié)構(gòu)式是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)合成反應(yīng)的條件和水的狀態(tài)角度來(lái)考慮；
（2）根據(jù)壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比計(jì)算反應(yīng)后容器內(nèi)混合氣體總的物質(zhì)的量，利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率；
根據(jù)平衡常數(shù)定義和反應(yīng)方程式寫出平衡表達(dá)式，根據(jù)升高溫度，平衡移動(dòng)方向判斷平衡常數(shù)變化；根據(jù)平衡移動(dòng)方向判斷；
（3）根據(jù)已知量和原子守恒及三聚氰胺的相對(duì)分子質(zhì)量推算三聚氰胺的分子式，配平化學(xué)式方程式；根據(jù)三聚氰胺的結(jié)構(gòu)及價(jià)鍵理論及原子守恒寫出A的結(jié)構(gòu)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(zhì)溶液的溶劑，原因是新法合成氨電解池的反應(yīng)溫度是570℃時(shí)，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(jù)壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，故反應(yīng)后容器內(nèi)混合氣體總的物質(zhì)的量=4mol×

7

8

=3.5mol，則：
N₂+3H₂=2NH₃ 物質(zhì)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?dú)獾奈镔|(zhì)的量=1mol-0.25mol=0.75mol；
氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率=

0.25mol

1mol

×100%=25%；
此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

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

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

；減�。粶p�。�
（3）尿素的物質(zhì)的量為：

30g

60g/mol

=0.5mol，氨氣的物質(zhì)的量為：

11.2L

22.4L/mol

=0.5mol，二氧化碳的物質(zhì)的量為：

5.6L

22.4L/mol

=0.25mol，
反應(yīng)方程式可寫成：2 CO（NH₂）₂→三聚氰胺+2NH₃↑+CO₂↑，根據(jù)原子守恒可推知三聚氰胺中含C、H、N且個(gè)數(shù)比為：1mol：2mol：2mol=1：2：2
設(shè)三聚氰胺分子式為（CH₂N₂）n，根據(jù)三聚氰胺的相對(duì)分子質(zhì)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(jù)原子守恒配平得：6 CO（NH₂）₂=C₃H₆N₆+6NH₃↑+3CO₂↑；
根據(jù)三聚氰胺分子中有一個(gè)六元環(huán)及碳4價(jià)氮3價(jià)氫1價(jià)原則，可知三聚氰胺的結(jié)構(gòu)為：






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

點(diǎn)評(píng)：本題難度較大，既有原理的運(yùn)用，又有物質(zhì)分子式和結(jié)構(gòu)式的推斷，要綜合運(yùn)用題給信息，要用原子守恒來(lái)確定組成及配平方程式．