Question

19．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，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(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，NH₃產(chǎn)率下降的原因是溫度高于900℃時，平衡向左移動
（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：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol
（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，則在堿性條件下通入氨氣發(fā)生的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）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，則：
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）：0.2   0.3      0      0
變化濃度（mol/L）：0.12  0.12     0.12   0.12
平衡濃度（mol/L）：0.08  0.18     0.12   0.12
再根據(jù)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計(jì)算；
（2）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動，平衡常數(shù)增大；
（3）氨氣產(chǎn)率最大之前未到達(dá)平衡，隨溫度升高氨氣轉(zhuǎn)化率增大，氨氣產(chǎn)率最大時到達(dá)平衡，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，再升高溫度平衡逆向移動；
（4）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）→4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）→2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律（①+②）×$\frac{1}{2}$，得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）；
（5）氨氣發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，堿性條件下生成氮?dú)馀c水．

解答 解：（1）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，則：
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）：0.2   0.3      0      0
變化濃度（mol/L）：0.12  0.12     0.12   0.12
平衡濃度（mol/L）：0.08  0.18     0.12   0.12
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，
故答案為：1；
（2）T₁ 溫度平衡常數(shù)大于573K時平衡常數(shù)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，則溫度T₁＜573K，故答案為：＜；
（3）氨氣產(chǎn)率最大之前未到達(dá)平衡，隨溫度升高氨氣轉(zhuǎn)化率增大，氨氣產(chǎn)率最大時到達(dá)平衡，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度高于900℃時，平衡向左移動，氨氣產(chǎn)率減小，
故答案為：溫度高于900℃時，平衡向左移動；
（4）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）→4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）→2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律（①+②）×$\frac{1}{2}$，得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol；
（5）氨氣發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，堿性條件下生成氮?dú)馀c水，電極反應(yīng)式為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、蓋斯定律應(yīng)用、原電池，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握．