Question

（2011?石景山區(qū)一模）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=

1

（填計算結(jié)果）．
（2）合成培中發(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

溫度高于900℃時，平衡向左移動

．
（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

4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O

．
（5）硝酸廠的尾氣含有氮的氧化物，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的氧化物還原為氮氣和水，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N0₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為：

CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1

．
（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

4NH₃+5O₂

點燃  .

4N₂+6H₂O

，科學(xué)家利用此原理，設(shè)計成氨氣一氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是

負(fù)極

 （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

2NH₃-6e-+6OH^-→N₂+6H₂O

．

Answer 1

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）氨的催化氧化產(chǎn)物是一氧化氮和水；
（5）根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變，進(jìn)而書寫熱化學(xué)方程式；
（6）氨氣在純氧中燃燒，生成氮氣和水，燃料電池中，燃料做負(fù)極．

解答：解：（1）根據(jù)題意：CO+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
    平衡時的濃度：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＜300℃，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）氧化爐中是氨的催化氧反應(yīng)，方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O；
（5）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；
（6）氨氣在純氧中燃燒，生成氮氣和水，化學(xué)方程式為：4NH₃+5O₂

點燃  .

=4N₂+6H₂O，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：4NH₃+5O₂

點燃  .

4N₂+6H₂O；負(fù)極；2NH₃-6e-+6OH^-→N₂+6H₂O．

點評：本題是一道工業(yè)合成氨的綜合性知識題目，可以根據(jù)所學(xué)知識進(jìn)行回答，難度較大．