2008年化学热点问题——“三聚氰胺”

２００８年化学热点问题——“三聚氰胺”
作者：张玉彬胥会敏
来源：《广东教育·高中》2009年第01期
2008年中国婴幼儿奶粉污染事件震惊世界，将三聚氰胺引入公众视野。

三聚氰胺（Melamine）又名蜜胺，命名为2,4,6－三氨基－1,3,5－三嗪，化学式为C3N6H6，是一种以尿素为原料的重要的氮杂环有机化工中间体，不可用于食品加工或食品添加物。

由于其所具有的环保性能和用途广泛而越来越受到人们的青睐，可广泛用于木材加工、塑料、涂料、减水剂、造纸、黏合剂、纺织、皮革、电器、医药、阻燃剂等行业。

社会热点问题往往是高考命题的背景材料，以体现化学与社会的紧密联系。

以“三聚氰胺”为背景材料命制的化学试题可以考察有机化合物的组成、结构、性质以及化学实验操作等相关化学知识和技能，是一个难得化学试题的载体。

一、典型试题赏析
1. 试题以“三聚氰胺”的组成和结构为背景材料。

例12008年9月三鹿、蒙牛等品牌婴幼儿奶粉中因含有一种叫三聚氰胺的物质而导致许多婴儿食用后造成尿路结石，10月又有某些鸡蛋中也检出了三聚氰胺。

三聚氰胺为白色晶体，无味，微溶于冷水，溶于热水。

结构简式如下图所示，下列说法不正确的是（）
①三聚氰胺化学式为C3N6H6，它的相对分子质量为126
②三聚氰胺不是一种氨基酸，它属于芳香烃
③三聚氰胺分子中的所有原子都在同一个平面上
④三聚氰胺是由氰胺（H2NC≡N）通过加聚反应形成的
⑤三聚氰胺呈弱碱性，与酸能形成三聚氰胺盐
⑥三聚氰胺是一种高分子化合物
⑦将三聚氰胺用作食品添加剂，可以提升食品检测中的蛋白质含量指标，婴儿食用不利于健康，成年人食用不会危害健康
A．①③④⑤⑥B．②③④⑥⑦
C．②④⑤⑥⑦D．①②④⑤⑦
解析：本题通过三聚氰胺的结构式，很全面地考察了学生对有机物化学式的写法、有机物分子的空间结构、氨基酸和烃的概念、加聚反应以及胺基的性质等知识点的掌握情况，是一道综合性比较强的有机试题。

正确答案为B。

2．试题以“三聚氰胺”性质为背景材料。

三聚氰胺为无色白色晶体，不可燃。

几乎无味，微溶于水，可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等，微溶于乙醇，不溶于乙醚、苯、四氯化碳，具有毒性，密度
1.573g/cm3（16℃时），熔点354℃（分解）。

受热或燃烧时，分解生成含氰化氢、氮氧化物和氨等有毒气体和刺激性烟雾。

例2三聚氰胺（）常压下的熔点为354℃，硝基苯的熔点5.7℃。

二者相比前者熔点特别的高，对其原因的分析中正确的是（）
A．前者是原子晶体而后者是分子晶体
B. 前者的范德华力远比后者大
C．前者能形成分子间氢键而后者不能
D. 是B、C所涉及原因共同作用的结果
解析：该题通过三聚氰胺和硝基苯熔点的对比，考察氢键的形成条件及对物质物理性质的影响。

两者都是分子晶体，范德华力相差不大，而且范德华力对熔点的影响远不如氢键。

正确答案为C。

例3与三聚氰胺相对应的酸为三聚氰酸[C3N3（OH）3]，其可用于消除汽车尾气中的
NO2。

其反应原理为：C3N3（OH）3＝3HNCO；8HNCO+6NO2＝7N2+8CO2+4H2O，下列说法正确的是（）
A． C3N3（OH）3与HNCO为同一物质
B． HNCO是一种很强的氧化剂
C． 1molNO2在反应中转移的电子为4mol
D．反应中NO2是还原剂
解析：该题以三聚氰胺引出三聚氰酸[C3N3（OH）3]和异氰酸（HNCO），主要目的是考察氧化还原反应的相关知识。

在8HNCO+6NO2＝7N2+8CO2+4H2O反应中HNCO是还原剂，NO2是氧化剂，1 molNO2在反应中转移了4mol电子，所以正确答案为C。

该题还可以改为填
空题，告诉学生生成物化学式，让学生写出化学方程式，并分析得失电子情况，也可以让学生计算一定质量的 NO2气体所消耗的三聚氰酸的质量。

3．试题以“三聚氰胺”制备为背景材料。

在高温氨气流和催化剂呈流态化（即沸腾状态）或高温高压下，尿素在流化床内的主反应分两步进行。

第一步为尿素热解，吸热反应，(NH2)2CO→HNCO（异氰酸）+NH3，热效应为3344kJ/kg尿素。

第二步为异氰酸聚合，放热反应，6HNCO→C3H6N6（三聚氰胺）+3CO2，热效应为4598kJ/kg三聚氰胺。

按100%转化率计算，理论上生产1t 三聚氰胺消耗2186t 尿素。

例4据调查某些奶农为了提高鲜奶的“蛋白质”含量，往里面加了少量化肥尿素，以此通过凯氏蛋白检测。

无论是奶粉还是液态奶，在加工过程中，高温灭菌是必要工序。

部分尿素在高温下可进行缩合反应生成缩二脲、缩三脲和三聚氰胺。

下列说法错误的是（）
A．尿素是一种人工合成的有机物
B．尿素是人身体新陈代谢的一种产物
C．三聚氰胺属于烃
D．三聚氰胺不是高分子化合物
解析：该题通过题干信息介绍了三聚氰胺可由尿素在高温下进行缩合反应生成，从而将三聚氰胺与有机化学史上具有重要地位的尿素联系起来，对有机化学的基本常识进行考核。

正确答案为C。

例5三聚氰胺是一种重要的化工原料，在工业上可由尿素经过两步反应制得。

已知：第一步反应由（NH2）2CO（s）受热分解成异氰酸HNCO（l）和NH3（g）的焓变为+a kJ·mol-1, 第二步反应由异氰酸HNCO（l）生成三聚氰胺C3H6N6（s）和CO2（g）的焓变为-b kJ·mol-1, 则由(NH2)2CO(s)反应生成三聚氰胺C3H6N6（s）和CO2 （g）的△H为（）
A． (a-b) kJ·mol-1B． (6a-b)kJ·mol-１
C． (6a＋b) kJ·mol-1 D. (3a-b) kJ·mol-1
解析：新课程高考化学《考试大纲》增加了“能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算”。

该题通过三聚氰胺的工业制备考察盖斯定律，可以根据题意写出两步热化学方程式
（1）（NH2）2CO（s）→HNCO（异氰酸）（l）+ NH3（g）ΔH1=+a kJ·mol-1
（2）6HNCO（l）→C3H6N6（三聚氰胺）(s)+3CO2 （g）
ΔH2=-b kJ·mol-1
（1）×6 + (2)得6(NH2)2CO(s)→C3H6N6（三聚氰胺）（s） + NH3（g） +3CO2（g），△H=（6 a-b） kJ·mol-1。

答案：B
4．试题以“凯氏定氮法”为背景材料。

凯氏定氮法是目前测量食品中蛋白质含量的通用方法。

其原理是将需要检测的样品蛋白质食品与硫酸和催化剂（硫酸铜）一同加热，使蛋白质分解产生NH3 并与硫酸结合生成硫酸铵。

然后加碱并蒸馏使氨完全气化，用硼酸吸收后再以硫酸或盐酸标准溶液滴定，根据酸的消耗量乘以换算系数，即为蛋白质含量。

这种测算方法本质是测出氮的含量，然后转化为蛋白质的含量，它只有在被测物的组成中氮元素全部来源于蛋白质时，所得结果才是可靠的。

三聚氰胺中的氮在浓硫酸、硫酸铜存在条件下可转化NH4+ ，与真正由蛋白质分解生成的NH+4一道参与后面的一系列反应，从而使被检测试样中蛋白质含量测定值高于实际值。

例6“凯氏定氮法”是目前世界上通用的检测食品中蛋白质含量的方法，但该方法存在一定的缺陷，这种缺陷被一些不法商人利用（向牛奶中掺加三聚氰胺以提高牛奶中蛋白质含量的检测值，三聚氰胺的分子式为C3N6H6），并最终导致引起国人共愤的“结石宝宝”事件的出现。

某化学活动小组的同学通过网上查阅相关资料后，设计了如下实验方案来测量从市场上购买的某品牌奶粉中蛋白质的含量。

主要实验过程：
（1）铵化阶段：准确称量mg奶粉与足量的浓硫酸及CuSO4混合后置于烧瓶中充分小火加热，使蛋白质中氮元素全部转化为NH4+ 。

（2）氨吸收阶段：准确量取a操作中所得溶液V1mL(占总量的十分之一)转移到蒸馏烧瓶，加入过量浓氢氧化钠（NaOH）后加热蒸馏使氮元素以氨气方式逸出，并用0.2%的硼酸(内含适量的指示剂，且此时硼酸溶液呈蓝紫色)溶液吸收，有关反应为：（NH4）
2SO4+2NaOH＝2NH3 ↑+2H2O+Na2SO4，2NH3 + 4H3BO3= （NH4）2 B4O7 + 5H2O。

（3）滴定阶段：用准确浓度为cmol/L的标准HCl溶液滴定上述吸收液，当（NH4）2
B4O7恰好全部转化为H3BO3时为滴定终点。

此时消耗盐酸体积为V2mL，发生的反应为
（NH4）2 B4O7 + 2HCl + 5H2O =2NH4Cl + 4H3BO3。

然后再做平行实验一次，此次实验中消耗盐酸的体积为V3mL。

（4）计算蛋白质含量：根据乳制品中将氮元素含量转化为蛋白质含量的换算系数为
6.38，求出所购奶粉中蛋白质含量。

回答下列问题
（1）你认为“凯氏定氮法”中的缺陷是指____________________，若所测样品中氮元素只来源于蛋白质，该缺陷_________存在(填“还”或“不”)。

（２）你认为掺加三聚氰胺后能提高牛奶中蛋白质含量检测值(使用“凯氏定氮法”，下同)的最可能的原因是_______________________________________。

（３）铵化阶段会产生有刺激性气味的气体，下面有关说明中不正确的是_______。

A．该气体可能是NH3
B. 该气体可能是SO2
C．此实验阶段应该在通风橱中进行
D. 此阶段蛋白质先会发生水解反应
（4）量取V1mL溶液时应使用_______式滴定管，在准确量取V1溶液前，该滴定管必须用__________
____洗涤；滴定终点时溶液的颜色为__________，做平行实验的目的是
___________________________。

（5）试写出所检测的样品中蛋白质含量的计算式：________________________。

解析：在这次婴幼儿奶粉污染事件中，“凯氏定氮法”的缺陷给唯利是图的不法分子以可趁之机。

该题从实现知识与技能、过程有方法、情感态度与价值观的三维目标出发，请学生分析“凯氏定氮法”的不足和三聚氰胺能提高牛奶中蛋白质含量检测值的原因，并将化学反应、化学实验和化学计算融合起来进行考核，考察学生分析、提取信息和运用知识的能力，是一道能体现新课程理念的综合性试题。

该题答案是：
（1）实际测量的是食品中氮元素的含量而不是蛋白质的含量；
（2）三聚氰胺中氮元素的含量高于蛋白质中氮的含量；
（３）A（蛋白质+ H2SO4→（NH4）2SO4+ SO2↑+ CO2 ↑+ H2O）；
（4）酸化后的溶液、蓝紫、提高测量结果的准确度；
（5） w（蛋白质）=6.38××100%。

二、原创习题
1． 2008年9月中国质检部门检测出“三鹿”婴幼儿奶粉中含有化工原料三聚氰胺
[C3N3(NH2)3]，造成许多婴儿尿路结石。

下列说法中正确的是（）
A．三聚氰胺是一种氨基酸
B．三聚氰胺与盐酸不反应
C．“三鹿”婴幼儿奶粉中加入三聚氰胺，可以提高含氮量，从而使蛋白质含量提高
D．可以采用多次盐析的方法分离提纯蛋白质
2．“三鹿”婴幼儿奶粉中含有化工原料三聚氰胺，造成许多婴儿尿路结石。

下列关于奶粉的说法中正确的是（）
A．奶粉中主要营养成分为蛋白质和必要的防腐剂，没有蛋白质就没有生命
B．可以采用多次盐析或多次渗析的方法分离提纯蛋白质
C．所有的蛋白质均易溶于水，HCHO溶液能使蛋白质变性
D．“三鹿”婴幼儿奶粉中加入三聚氰胺，可以提高含氮量，从而使蛋白质含量提高
3．三聚氰胺添加在食品中可导致食品中蛋白质含量测量值较高，故俗称“蛋白精”，工业上可以用尿素为原料制备它的：6CO(NH2)2→A+ 6NH3+3CO2，下列说法中不正确的是( )
A．它可能易溶于某些有机溶剂
B. 三聚氰胺化学式为C3N6 H6
C．三聚氰胺可以将其它物质转化为蛋白质
D. 三聚氰胺分子中不可能含有双键
4．已知三聚氰胺为白色晶体，俗称“蛋白精”，结构简式如图，下面有关三聚氰胺说法中不正确的是（）
A．它的相对分子质量为126
B．它呈一定的弱碱性
C．它能与硝酸发生环上的取代反应
D．它在一定条件可能会与氢气发生加成反应
5．凯氏定氮法测量食品中蛋白质的核心内容是“先检测食品中氮元素含量的多少，然后再乘适当的换算因子后得出蛋白质含量”，将三聚氰胺(C3N6H6)添加到食品中可以提高蛋白质含量检测值说明了（）
A．三聚氰胺是劣质蛋白质
B. 在检测条件下三聚氰胺可以转化为蛋白质
C．三聚氰胺中氮元素的含量高于蛋白质中氮的含量
D．三聚氰胺及蛋白质中的氮元素在检测条件下可以转化生成相同的物质
6．三聚氰胺最早被德国化学家李比希于1834年合成。

其分子组成中只含有碳、氮、氢三种元素，相对分子质量是126。

现称取1.26g三聚氰胺在足量的氧气中完全燃烧，将燃烧产物通过盛有浓硫酸的洗气瓶，浓硫酸增重0.54g，再将剩余气体通过盛有碱石灰的干燥管，干燥管增重1.32g，最后剩余一种空气中含有的气体。

根据以上条件确定三聚氰胺的分子式。

7．脱脂奶粉与浓硫酸、硫酸铜、硫酸钾一同加热消化，反应生成（NH4）2SO4，其在碱性条件下蒸馏，释放出NH3，用硼酸吸收后，再以盐酸标准溶液滴定，计算出蛋白质含量，这种测量蛋白质的方法叫着凯氏定氮法。

现在用凯氏定氮法测得某种规格的三鹿牌婴儿奶粉蛋白质的含量是15.1%，精确测定其中的蛋白质的含量只有14%，其高出值是由三聚氰胺假冒的（蛋白质中氮的质量分数按16%计算）。

请计算每千克该奶粉中含三聚氰胺(C3H6N6)是多少毫克。

参考答案：1． D 2． B 3． C4． C5． CD
6． C3N6H6 7． 2640
责任编校李平安
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。