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：

（1）工業(yè)生產(chǎn)時，制取氫氣的一個反應(yīng)為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂t℃時，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=

 

（填計算結(jié)果）．

T/K	T1	573	T2
K	1.00×107	2.45×105	1.88×103

（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“=”）．
（3）NH₃和O₂在鉑系催化劑作用下從145℃就開始反應(yīng)：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ?mol^-1不同溫度下NO產(chǎn)率如圖2所示．溫度高于900℃時，NO產(chǎn)率下降的原因

 

．
（4）硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，如果不經(jīng)處理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氣和水，其反應(yīng)機理為：
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：

 

．

Answer 1

考點：工業(yè)合成氨,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的調(diào)控作用

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)表達式以及各種物質(zhì)的濃度知識來回答；
（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）對于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動；
（4）根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變，進而書寫熱化學(xué)方程式．

解答： 解：（1）①CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂
   初始濃度：0.2  0.3    0   0
   變化濃度：0.12  0.12  0.12 0.12
   平衡濃度：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）對于放熱反應(yīng)，溫度越高，則化學(xué)平衡逆向移動，導(dǎo)致平衡常數(shù)減小，所以T₁＜573K，故答案為：＜；
（3）對于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動，所以氨氣的產(chǎn)率減小，
故答案為：溫度高于900℃時，平衡向左移動；
（4）根據(jù)題意，已知：①CH₄（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
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

×①+

1

2

×②，
所以△H=

1

2

×（-574kJ?mol^-1）+

1

2

×（-1160kJ?mol^-1）=-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．

點評：本題是一道工業(yè)合成氨的綜合性知識題目，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用．