题目内容
【题目】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(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)。
①t℃时，往1L密闭容器中充入0.2molCO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=___。
②保持温度不变，向上述平衡体系中再加入0.1molCO，当反应重新建立平衡时，水蒸气的总转化率α(H2O)=___。
（2）合成塔中发生反应为：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___573K（填“>”、“<”或“=”）。
T/K | T1 | 573 | T2 |
K | 1.00×107 | 2.45×105 | 1.88×103 |
（3）NH3和O2在铂系催化剂作用下从145℃就开始反应：4NH3+5O24NO+6H2O △H=－905kJ·mol－1 ，不同温度下NO产率如图所示。温度高于900℃时，NO产率下降的可能原因___。
（4）吸收塔中反应为：3NO2+H2O2HNO3+NO。从生产流程看，吸收塔中需要补充空气，其原因是___。
（5）硝酸厂的尾气含有氮氧化物，不经处理直接排放将污染空气。目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水，其反应机理为：
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
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为：___。
【答案】1 50% < 温度高于900℃时，平衡向逆反应方向移动 充入空气，NO转化为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）根据三段式进行计算各物质平衡时的浓度，再依据平衡常数公式计算；
（2）该反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动；
（3）由图可知，900℃时反应达到平衡，升高温度，平衡向逆反应方向移动；
（4）吸收塔中补充空气，氧气与一氧化氮反应，可以让NO转化为NO2，增大反应物浓度，减小生成物浓度；
（5）依据盖斯定律计算可得。
（1）①由题意建立如下三段式：
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
起（mol/L）0.2 0.3 0 0
变（mol/L）0.12 0.12 0.12 0.12
平（mol/L）0.08 0.18 0.12 0.12
则平衡常数K=
=
=1，故答案为：1；
②设水蒸气的总转化率为x，由题意建立如下三段式：
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起（mol/L）0.3 0.3 0 0
变（mol/L）0.3x 0.3x 0.3x 0.3x
平（mol/L）0.3-x 0.3-x 0.3x 0.3x
由平衡常数K可得关系式=
=1，解得x=0.5，则水蒸气的总转化率为50%，故答案为：50%；
（2）该反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数降低，则T1<573K，故答案为：<；
（3）由图可知，900℃时反应达到平衡，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO产率下降，故答案为：温度高于900℃时，平衡向逆反应方向移动；
（4）吸收塔中补充空气，氧气与一氧化氮反应，可以让NO转化为NO2，增大反应物浓度，减小生成物浓度，使平衡向正反应方向移动，提高原料利用率，故答案为：充入空气，NO转化为NO2，有利于提高原料利用率；
（5）将已知热化学方程式依次编号为①②，由盖斯定律可知，
可得热化学方程式甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+N2（g），则△H=
=—867kJ/mol， 故答案为：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+N2（g）△H=—867kJ/mol。
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