Question

15．工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂．t℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气．反应建立平衡后，体系中c（H₂）=0.12mol•L^-1．该温度下此反应的平衡常数K=1（填计算结果）．若保持温度不变，增加水蒸气的浓度，则K将不变（填“增大”、“减小”、“不变”）
（2）合成塔中发生反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．下表为不同温度下该反应的平衡常数．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）在上述流程图中，氧化炉中发生反应的化学方程式为4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$4NO+6H₂O．
（4）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$N₂+6H₂O．科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极是负极（填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据平衡常数表达式以及各种物质的浓度知识来回答；平衡常数是温度的函数温度不变平衡常数不变；
（2）温度和平衡常数间的关系取决于平衡受温度的影响情况；
（3）氨的催化氧化产物是一氧化氮和水；
（4）氨气在纯氧中燃烧，生成氮气和水，燃料电池中，燃料做负极．

解答 解：（1）根据题意：CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂
        初始浓度：0.2     0.3             0      0
        变化浓度：0.12    0.12          0.12     0.12
    平衡时的浓度：0.08    0.18           0.12    0.12
则K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，平衡常数是温度的函数，所以温度不变平衡常数不变，
故答案为：1；不变；
（2）对于放热反应，温度越高，则化学平衡逆向移动，导致平衡常数减小，所以T₁＜300℃，故答案为：＜；
（3）氧化炉中是氨的催化氧反应，方程式为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$4NO+6H₂O，故答案为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$4NO+6H₂O；
（4）氨气在纯氧中燃烧，生成氮气和水，化学方程式为：4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$N₂+6H₂O，在燃料电池中，燃料做负极，则通入氨气的电极是负极，碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为2NH₃-6e-+6OH^-→N₂+6H₂O，故答案为：4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$N₂+6H₂O；负极；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

点评 本题是一道工业合成氨的综合性知识题目，可以根据所学知识进行回答，难度较大．