Question

【題目】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(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。

①t℃時，往1L密閉容器中充入0.2molCO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=___。

②保持溫度不變，向上述平衡體系中再加入0.1molCO，當(dāng)反應(yīng)重新建立平衡時，水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率α(H2O)=___。

（2）合成塔中發(fā)生反應(yīng)為：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/K	T1	573	T2
K	1.00×107	2.45×105	1.88×103

（3）NH3和O2在鉑系催化劑作用下從145℃就開始反應(yīng)：4NH3+5O24NO+6H2O △H=－905kJ·mol－1 ，不同溫度下NO產(chǎn)率如圖所示。溫度高于900℃時，NO產(chǎn)率下降的可能原因___。

（4）吸收塔中反應(yīng)為：3NO2+H2O2HNO3+NO。從生產(chǎn)流程看，吸收塔中需要補充空氣，其原因是___。

（5）硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，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氧化物還原為氮氣和水，其反應(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NO2還原為N2的熱化學(xué)方程式為：___。

Answer 1

【答案】1 50% < 溫度高于900℃時，平衡向逆反應(yīng)方向移動 充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO2，有利于提高原料利用率 CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+N2（g）△H=—867kJ/mol

【解析】

（1）根據(jù)三段式進行計算各物質(zhì)平衡時的濃度，再依據(jù)平衡常數(shù)公式計算；

（2）該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動；

（3）由圖可知，900℃時反應(yīng)達到平衡，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動；

（4）吸收塔中補充空氣，氧氣與一氧化氮反應(yīng)，可以讓NO轉(zhuǎn)化為NO2，增大反應(yīng)物濃度，減小生成物濃度；

（5）依據(jù)蓋斯定律計算可得。

（1）①由題意建立如下三段式：

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起（mol/L）0.2 0.3 0 0

變（mol/L）0.12 0.12 0.12 0.12

平（mol/L）0.08 0.18 0.12 0.12

則平衡常數(shù)K===1，故答案為：1；

②設(shè)水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率為x，由題意建立如下三段式：

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起（mol/L）0.3 0.3 0 0

變（mol/L）0.3x 0.3x 0.3x 0.3x

平（mol/L）0.3-x 0.3-x 0.3x 0.3x

由平衡常數(shù)K可得關(guān)系式==1，解得x=0.5，則水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率為50%，故答案為：50%；

（2）該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)降低，則T1<573K，故答案為：<；

（3）由圖可知，900℃時反應(yīng)達到平衡，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，NO產(chǎn)率下降，故答案為：溫度高于900℃時，平衡向逆反應(yīng)方向移動；

（4）吸收塔中補充空氣，氧氣與一氧化氮反應(yīng)，可以讓NO轉(zhuǎn)化為NO2，增大反應(yīng)物濃度，減小生成物濃度，使平衡向正反應(yīng)方向移動，提高原料利用率，故答案為：充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO2，有利于提高原料利用率；

（5）將已知熱化學(xué)方程式依次編號為①②，由蓋斯定律可知，可得熱化學(xué)方程式甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學(xué)方程式CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+N2（g），則△H==—867kJ/mol， 故答案為：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+N2（g）△H=—867kJ/mol。