Question

8．（1）人类可以主动参与氮循环，合成氨工业就是参与的手段之一．以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法，它具有污染小、成本低等诸多优点． 其过程大体如图1所示：

①请写出用天然气制备氢气的化学方程式：CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CO₂+4H₂．
②写出合成尿素反应的化学方程式：CO₂+2NH₃$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O．
③写出O₂与NH₃反应生成NH₄NO₃和H₂O的化学方程式：2NH₃+2O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$NH₄NO₃+H₂O．
④每生产1mol NH₄NO₃最少需要NH₃2mol，而要生产这些NH₃又最少需要CH₄0.75mol．
（2）科学家已获得极具理论研究意义的N₄分子，其结构为正四面体（如图2）．已知断裂1molN-N键吸收193kJ热量，断裂1molN≡N键吸收941kJ热量，则1molN₄气体转化为N₂时要释放724kJ能量．

Answer 1

分析 （1）①根据工艺流程示意图可知CH₄的转化为CO₂和H₂；②根据二氧化碳和氨气反应生成尿素；③根据原子守恒写出O₂与NH₃反应生成NH₄NO₃和H₂O的化学方程式；④根据氮原子守恒回答；
（2）从结构图中可看出，一个N₄分子中含有6个N-N键，根据反应热等于反应物的总键能减生成物的总键能计算．

解答 解：（1）①CH₄转化过程中生成了CO₂和H₂，方程式为：CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CO₂+4H₂，
故答案为：CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CO₂+4H₂；
②二氧化碳和氨气反应生成尿素，根据原子守恒：CO₂+2NH₃$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O，
故答案为：CO₂+2NH₃$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O；
③O₂与NH₃反应生成NH₄NO₃，根据原子守恒反应的化学方程式为2NH₃+2O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$NH₄NO₃+H₂O，
故答案为：2NH₃+2O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$NH₄NO₃+H₂O；
④NH₄NO₃～2NH₃，每生产1mol NH₄NO₃最少需要2molNH₃；根据反应CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CO₂+4H₂、N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃，可知生产2molNH₃需要甲烷0.75mol，
故答案为：2；0.75；
（2）从结构图中可看出，一个N₄分子中含有6个N-N键，根据反应热等于反应物的总键能减生成物的总键能，则N₄（g）=2N₂（g）△H，有△H=6×193 kJ•mol^-1-2×941 kJ•mol^-1=-724 kJ•mol^-1，
故答案为：724．

点评 本题是一道化学和工业生成相结合的题目，涉及到氧化还原反应、方程式的书写、电解原理、反应热的计算，考查学生分析和解决问题的能力，题目难度中等．