Question

工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，流程如圖1所示：

（1）工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，制取氫氣的一個(gè)反應(yīng)為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，T℃時(shí)，往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應(yīng)建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol?L^-1．該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（填計(jì)算結(jié)果）．
（2）合成塔中發(fā)生反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0．下表為不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)．由此可推知，表中T₁

 

573K（填“＞”、“＜”或“=”）．

T/℃	T1	300	T2
K	1.00×107	2.45×105	1.88×103

（3）N₂和H₂以鐵作催化劑從145℃就開(kāi)始反應(yīng)，不同溫度下NH₃的產(chǎn)率如圖2所示．溫度高于900℃時(shí)，NH₃產(chǎn)率下降的原因是

 

．
（4）硝酸廠的尾氣直接排放將污染空氣，目前科學(xué)家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮?dú)夂退�，其反�?yīng)機(jī)理為：CH₄（g）+4NO₂=（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ?mol^-1則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為：

 

．
（5）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水．科學(xué)家利用此原理，設(shè)計(jì)成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極堿性條件下發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式以及各種物質(zhì)的濃度知識(shí)來(lái)回答；
（2）溫度和平衡常數(shù)間的關(guān)系取決于平衡受溫度的影響情況；
（3）對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動(dòng)；
（4）根據(jù)蓋斯定律來(lái)計(jì)算反應(yīng)的焓變，進(jìn)而書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；
（5）燃料電池中，燃料做負(fù)極．

解答： 解：（1）CO+H₂O（g）CO₂ +H₂
初始：0.2 0.3 0 0
變化：0.12 0.12 0.12 0.12
平衡：0.08 0.18 0.12 0.12
則K=

0.12×0.12

0.08×0.18

=1，
故答案為：1；
（2）對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高，則化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，導(dǎo)致平衡常數(shù)減小，所以T₁＜573K；
故答案為：＜；
（3）對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動(dòng)，所以氨氣的產(chǎn)率減小，
故答案為：溫度高于900℃時(shí)，平衡向左移動(dòng)；
（4）根據(jù)題意：①

1

2

CH₄（g）+2NO₂（g）=2NO（g）+

1

2

CO₂（g）+H₂O（g）△H=

1

2

×（-574kJ?mol^-1）=-287kJ?mol^-1；

1

2

CH₄（g）+2NO（g）=N₂（g）+

1

2

CO₂（g）+H₂O（g）△H=

1

2

×（-1160kJ?mol^-1）=-580kJ?mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，
所以△H=-287kJ?mol^-1-580kJ?mol^-1=-867kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（5）在燃料電池中，燃料做負(fù)極，則通入氨氣的電極是負(fù)極，堿性條件下，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-→N₂+6H₂O．
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-→N₂+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道工業(yè)合成氨的綜合性知識(shí)題目，題目難度較大，注意利用三段式法解答，特別是蓋斯定律的運(yùn)用以及燃料電池的電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)．