Question

1．工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，回答下列问题：
（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）．
（2）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：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol．
（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，则通入氨气的电极在碱性条件下发生反应的电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂，
初始浓度（mol/L）：0.2     0.3       0    0
变化浓度（mol/L）：0.12   0.12     0.12  0.12
平衡浓度（mol/L）：0.08   0.28     0.12  0.12
根据K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$计算化学平衡常数；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）→4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
    ②CH₄（g）+4NO（g）→2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根据盖斯定律（①+②）×$\frac{1}{2}$来书写热化学方程式；
（3）燃料电池中，燃料做负极，发生氧化反应．

解答 解：（1）利用三段式计算，
                        CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂，
初始浓度（mol/L）：0.2     0.3       0    0
变化浓度（mol/L）：0.12   0.12     0.12  0.12
平衡浓度（mol/L）：0.08   0.28     0.12  0.12
化学平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.28}$=1，
故答案为：1；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）→4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
    ②CH₄（g）+4NO（g）→2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根据盖斯定律（①+②）×$\frac{1}{2}$，得：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；
（3）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：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

点评 本题主要考查较为综合，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目涉及化学平衡常数的计算、盖斯定律的应用、原电池电极反应的书写等知识，中等难度，答题时注意化学原理知识的灵活运用．