题目内容
工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如下:(1)合成塔中发生反应:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)+Q(Q>0).下表为不同温度下该反应的平衡常数.
T/℃ | T1 | 300 | T2 |
K | 1.00×107 | 2.45×105 | 1.88×103 |
(2)NH3和O2在铂系催化剂作用下从145℃就开始反应:
4NH3(g)+5O2(g)?4NO(g)+6H2O(g)+905kJ,不同温度下NO气体的产率如图所示.温度高于900℃时,NO气体产率下降的原因是
(3)吸收塔中反应为:3NO2+H2O?2HNO3+NO.从生产流程看,吸收塔中需要补充空气,其原因是
(4)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)+574kJ;
CH4(g)+4NO(g)→2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)+1160kJ.
则1mol甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为:
分析:(1)根据温度对化学平衡常数的影响和反应的吸放热情况有关;
(2)对于放热反应,温度升高,则化学平衡向逆向移动;
(3)一氧化氮可以和氧气发生反应生成二氧化氮;
(4)根据盖斯定律来计算反应的焓变,进而书写热化学方程式.
(2)对于放热反应,温度升高,则化学平衡向逆向移动;
(3)一氧化氮可以和氧气发生反应生成二氧化氮;
(4)根据盖斯定律来计算反应的焓变,进而书写热化学方程式.
解答:解:(1)根据N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)+Q(Q>0),知道反应是放热反应,温度越高,平衡常数越小,所以T2<300℃,故答案为:<;
(2)温度在900℃时,反应达到平衡状态,温度高于900℃时,即升高温度,平衡向吸热方向,即向左移动,故答案为:温度高于900℃时,平衡向左移动;
(3)吸收塔中需要补充空气,可以让NO转化为NO2,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;
(4)已知:①CH4(g)+4NO2(g)→4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)+574kJ;
②CH4(g)+4NO(g)→2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)+1160kJ.
甲烷直接将NO2还原为N2的化学方程式:CH4+2NO2=CO2+N2,可以有
(①+②)得到,所以1mol甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+N2(g)△H=+867kJ/mol,故答案为:CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+N2(g)△H=+867kJ/mol.
(2)温度在900℃时,反应达到平衡状态,温度高于900℃时,即升高温度,平衡向吸热方向,即向左移动,故答案为:温度高于900℃时,平衡向左移动;
(3)吸收塔中需要补充空气,可以让NO转化为NO2,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;
(4)已知:①CH4(g)+4NO2(g)→4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)+574kJ;
②CH4(g)+4NO(g)→2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)+1160kJ.
甲烷直接将NO2还原为N2的化学方程式:CH4+2NO2=CO2+N2,可以有
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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.
练习册系列答案
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工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如图:
(1)工业生产时,制取氢气的一个反应为:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g).t℃时,往10L密闭容器中充入2mol CO和3mol水蒸气.反应建立平衡后,体系中c(H2)=0.12mol?L-1.则该温度下此反应的平衡常数K= (填计算结果).
(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“=”).
(3)氨气在纯氧中燃烧生成一种单质和水,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 (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 .
(4)用氨气氧化可以生产硝酸,但尾气中的NOx会污染空气.目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水,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 .
(5)某研究小组在实验室以“Ag-ZSM-5”为催化剂,测得将NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图.据图分析,若不使用CO,温度超过775℃,发现NO的转化率降低,其可能的原因为 ;在
=1的条件下,应控制的最佳温度在 左右.
(1)工业生产时,制取氢气的一个反应为:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g).t℃时,往10L密闭容器中充入2mol CO和3mol水蒸气.反应建立平衡后,体系中c(H2)=0.12mol?L-1.则该温度下此反应的平衡常数K=
(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
T/℃ | T1 | 300 | T2 |
K | 1.00×107 | 2.45×105 | 1.88×103 |
(4)用氨气氧化可以生产硝酸,但尾气中的NOx会污染空气.目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水,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
(5)某研究小组在实验室以“Ag-ZSM-5”为催化剂,测得将NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图.据图分析,若不使用CO,温度超过775℃,发现NO的转化率降低,其可能的原因为
n(NO) |
n(CO) |