Question

（16分）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=_____（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“=”）。

T/℃	T1	300	T2
K	1.00×107	2.45×105	1.88×103

（3）N₂和H₂在铁作催化剂作用下从145℃就开始反应，不同温度下NH₃产率如图所示。温度高于900℃时，NH₃产率下降的原因                       。

（4）在上述流程图中，氧化炉中发生反应的化学方程式为

__________                                    _。

（5）硝酸厂的尾气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：________________________ 。

（6）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____________________，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_______________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）1  （2）＜

（3）温度高于900℃时，平衡向左移动。

（4）

（5）CH₄(g)+2NO₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)+N₂(g)   △H＝－867kJ/mol

（6）4NH₃+3O₂  ^点燃  2N₂+6H₂O；负极；  2NH₃ — 6e^- + 6OH^- = N₂ +6H₂O

【解析】（1）CO + H₂O(g)  CO₂+ H₂

C₀      0.2   0.3          0    0

△C     0.12  0.12       0.12  0.12

C（平衡）0.08  0.18       0.12  0.12

K=（0.12×0.12）/(0.08×0.18)=1

(2)正向放热，则升温，平衡左移，K值减小，降温，K值增大，所以T₁＜300℃；

（5）(①+②)/2，得：CH₄(g)+2NO₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)+N₂(g)   △H＝－867kJ/mol

（6）分析4NH₃+3O₂  ^点燃  2N₂+6H₂O中，元素化合价的变化：N元素的化合价由氨气中的-3价，反应后，变为N₂中的0价，失电子，负极发生失电子的反应，则正极为O₂得电子；

碱性条件下，正极反应为：O₂+2H₂O+4e^- === 4OH^- ,负极反应为=总反应-正极反应，即：2NH₃ — 6e^- + 6OH^- = N₂ +6H₂O