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）工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，制取氫氣的一個(gè)反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）．t℃時(shí)，往10L密閉容器中充入2mol CO和3mol水蒸氣．反應(yīng)建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol?L^-1．則該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（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

 

300℃（填“＞”、“＜”或“=”）．

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

（3）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

 

．
（4）用氨氣氧化可以生產(chǎn)硝酸，但尾氣中的NO_x會(huì)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?dú)夂退�，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

 

．
（5）某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以“Ag-ZSM-5”為催化劑，測(cè)得將NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如下圖．據(jù)圖分析，若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現(xiàn)NO的轉(zhuǎn)化率降低，其可能的原因?yàn)?!--BA-->

 

；在

n(NO)

n(CO)

=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在

 

左右．

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(shí)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）在燃料電池中，燃料做負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，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；
（4）根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算反應(yīng)的焓變，進(jìn)而書寫熱化學(xué)方程式；
（5）升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱．

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(shí)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(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高，則化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，導(dǎo)致平衡常數(shù)減小，所以T₁＜300℃，故答案為：＜；
（3）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：負(fù)極；2NH₃-6e-+6OH^-→N₂+6H₂O．
（4）已知CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1-------①
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1--------②
根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以由

①+②

2

得到，所以△H=

-574-1160

2

kJ?mol^-1=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（5）升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；由圖可知，在

n(NO)

n(CO)

=1的條件下，870K時(shí)，NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率為100%，
故答案為：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于平衡向逆（左）方向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率降低；870K．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道工業(yè)合成氨的綜合性知識(shí)題目，可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行回答，難度較大．