Question

工業合成氨與制備硝酸一般可連續生產，流程如圖1：

（1）工業生產時，制取氫氣的一個反應為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂t℃時，往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol?L^-1．該溫度下此反應的平衡常數K=

 

（填計算結果）．

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

（2）合成塔中發生反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0．下表為不同溫度下該反應的平衡常數．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：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ?mol^-1不同溫度下NO產率如圖2所示．溫度高于900℃時，NO產率下降的原因

 

．
（4）硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，如果不經處理直接排放將污染空氣．目前科學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的熱化學方程式為：

 

．

Answer 1

考點：工業合成氨,熱化學方程式,化學平衡的調控作用

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）根據平衡常數表達式以及各種物質的濃度知識來回答；
（2）溫度和平衡常數間的關系取決于平衡受溫度的影響情況；
（3）對于放熱反應，溫度升高，則化學平衡向逆向移動；
（4）根據蓋斯定律來計算反應的焓變，進而書寫熱化學方程式．

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，溫度越高，則化學平衡逆向移動，導致平衡常數減小，所以T₁＜573K，故答案為：＜；
（3）對于放熱反應，溫度升高，則化學平衡向逆向移動，所以氨氣的產率減小，
故答案為：溫度高于900℃時，平衡向左移動；
（4）根據題意，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
根據蓋斯定律反應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．