Question

（13分）工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，流程如下：

（1）工業(yè)生產(chǎn)時，制取氫氣的一個反應(yīng)為：CO+H₂O(g)CO₂+H₂。t℃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）。
（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____300℃（填“>”、“<”或“=”）。

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

（3）N₂和H₂在鐵作催化劑作用下從145℃就開始反應(yīng)，不同溫度下NH₃產(chǎn)率如圖所示。溫度高于900℃時，NH₃產(chǎn)率下降的原因               。

（4）在上述流程圖中，氧化爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。
（5）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的氧化物還原為氮氣和水，反應(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：________________________。
（6）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水，試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式____________________，科學(xué)家利用此原理，設(shè)計成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是__________（填“正極”或“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_______________________。

Answer 1

（1）1  （2）＜ （3）溫度高于900℃時，平衡向左移動。（4）
（5）CH₄(g)+2NO₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)+N₂(g)  △H＝－867kJ/mol
（6）4NH₃+3O₂ 2N₂+6H₂O；負(fù)極；  2NH₃ — 6e^- + 6OH^- =N₂ +6H₂O

（1）起始時CO和水蒸氣的物質(zhì)的量濃度分別是0.2mol/L和0.3mol/L。平衡時氫氣時0.12mol/L，所以生成CO₂也是0.12mol/L，消耗CO和水蒸氣都是0.12molL/L，因此平衡時CO和水蒸氣的物質(zhì)的量濃度分別是0.08mol/L和0.18mol/L，因此平衡常數(shù)K＝。
（2）因為是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小，所以T₁＜300℃。
（3）因為是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，即溫度高于900℃時，平衡向左移動，所以產(chǎn)率降低。
（4）氧化爐中發(fā)生的是氨的催化氧化，所以方程式為。
（5）考查蓋斯定律的應(yīng)用，（①＋②）÷2即得到CH₄(g)+2NO₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)+N₂(g)，所以反應(yīng)熱是（－574kJ·mol^－1－1160kJ·mol^－1）÷2＝－867kJ/mol。
（6）根據(jù)反應(yīng)物和生成物可知，方程式為4NH₃+3O₂ 2N₂+6H₂O。氨氣在反應(yīng)中失去電子，所以在負(fù)極通入，電極反應(yīng)式為2NH₃ — 6e^- + 6OH^- =N₂ +6H₂O。