Question

19．工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图1所示：

（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）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＜573K（填“＞”、“＜”或“=”）．

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

（3）N₂和H₂以铁作催化剂从145℃就开始反应，不同温度下NH₃的产率如图2所示．温度高于900℃时，NH₃产率下降的原因是温度高于900℃时，平衡向左移动
（4）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
（5）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，则在碱性条件下通入氨气发生的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）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，则：
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（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  0.18     0.12   0.12
再根据平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$计算；
（2）正反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，平衡常数增大；
（3）氨气产率最大之前未到达平衡，随温度升高氨气转化率增大，氨气产率最大时到达平衡，正反应为放热反应，再升高温度平衡逆向移动；
（4）已知：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）；
（5）氨气发生氧化反应，失去电子，碱性条件下生成氮气与水．

解答 解：（1）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，则：
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（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  0.18     0.12   0.12
平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，
故答案为：1；
（2）T₁ 温度平衡常数大于573K时平衡常数，正反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，平衡常数增大，则温度T₁＜573K，故答案为：＜；
（3）氨气产率最大之前未到达平衡，随温度升高氨气转化率增大，氨气产率最大时到达平衡，正反应为放热反应，温度高于900℃时，平衡向左移动，氨气产率减小，
故答案为：温度高于900℃时，平衡向左移动；
（4）已知：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；
（5）氨气发生氧化反应，失去电子，碱性条件下生成氮气与水，电极反应式为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、盖斯定律应用、原电池，注意对基础知识的理解掌握．