(2009?龍巖一模)工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn),流程如圖1:
(1)工業(yè)生產(chǎn)時(shí),制取氫氣的一個(gè)反應(yīng)為:CO+H
2O?CO
2+H
2①t℃時(shí),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(H
2)=0.12mol?L
-1.該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=
1
1
.
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(shí),水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率α (H
2O)=
50%
50%
.
(2)合成塔中發(fā)生反應(yīng)為:N
2(g)+3H
2(g)?2NH
3(g);△H<0.右表為不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù).由此可推知,表中T
1<
<
573K(填“>”、“<”或“=”).
T/K |
T1 |
573 |
T2 |
K |
1.00×107 |
2.45×105 |
1.88×103 |
(3)NH
3和O
2在鉑系催化劑作用下從145℃就開始反應(yīng):
4NH
3+5O
2?4NO+6H
2O△H=-905kJ?mol
-1不同溫度下NO產(chǎn)率如圖2所示.溫度高于900℃時(shí),NO產(chǎn)率下降的原因
溫度高于900℃時(shí),平衡向左移動(dòng)
溫度高于900℃時(shí),平衡向左移動(dòng)
.
(4)吸收塔中反應(yīng)為:3NO
2+H
2O?2HNO
3+NO.從生產(chǎn)流程看,吸收塔中需要補(bǔ)充空氣,其原因是
充入空氣,NO轉(zhuǎn)化為NO2,有利于提高原料利用率
充入空氣,NO轉(zhuǎn)化為NO2,有利于提高原料利用率
.
(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?dú)夂退,其反?yīng)機(jī)理為:
CH
4(g)+4NO
2(g)=4NO(g)+CO
2(g)+2H
2O(g);△H=-574kJ?mol
-1CH
4(g)+4NO(g)=2N
2(g)+CO
2(g)+2H
2O(g);△H=-1160kJ?mol
-1則甲烷直接將NO
2還原為N
2的熱化學(xué)方程式為:
CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)△H=-867kJ/mol
CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)△H=-867kJ/mol
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