Question

【题目】合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。 合成塔中发生反应为： N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0

(1)工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H>0

①t℃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 ＝__________________________。

②保持温度不变，向上述平衡体系中再加入0.1mol CO，当反应重新建立平衡时，水蒸气的总转化率α (H2O)__________。

(2)下表为不同温度下合成氨反应的平衡常数。由表可推知T1_____573K(填“>”、“<”或“=”)。

T/K	T1	573	T2
K	1.00×107	2.45×105	1.88×103

(3)673K，30MPa下n(NH3) 和n(H2) 随时间变化的关系如下图所示依据上图，下列有关叙述正确的是(填写序号)_________________。

A．c点表示n(NH3)和n (H2)相等

B．c点表示NH3生成速率与NH3分解速率相同

C．e点和d点时反应的平衡常数相同

D．c点时正反应速率大于逆反应速率

(4)用NO2溶于水制硝酸：3NO2+H2O2HNO3+NO。从生产流程看，吸收塔中需

要补充空气，其原因用化学平衡移动的理论进行解释是______________。

(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：_______________________。

Answer 1

【答案】1 50％ < ACD 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)+2H2O(g)+N2(g) △H＝－867kJ/mol

【解析】

(1)①利用三段式计算出平衡时各物质的量的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算．
②保持温度不变，平衡常数不变．向上述平衡体系中再加入0.1molCO，可以等效为开始加入0.3molCO，0.3molH2O；令参加反应的水的物质的量为xmol，利用三段式用x表示出各物质的浓度变化量、平衡时各物质的平衡浓度，代入平衡常数计算x值，再利用转化率定义计算；

(2)合成氨正反应是放热反应，升高温度平衡逆反应进行，平衡常数减小，即温度越高平衡常数越小；

(3)A．由图可知c点n(NH3)和n(H2)相等；

B．由图可知c点后氨气物质的量增大，氢气的物质的量减小，c点未处于平衡状态，平衡向正反应进行；

C．平衡常数只受温度影响，温度相同，平衡常数相同；

D．由图可知c点后氨气物质的量增大，氢气的物质的量减小，c点未处于平衡状态，平衡向正反应进行；

(4)充入空气，NO转化为NO2，降低NO的浓度，增大NO2的浓度，平衡向正反应移动，有利于提高原料利用率；

(5)根据盖斯定律利用热化学方程式加减构造目标热化学方程式。

(1)①对于可逆反应： CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始物质的量浓度(mol/L)0.2 0.3 0 0

转化物质的量浓度(mol/L)0.12 0.12 0.12 0.12

平衡物质的量浓度(mol/L)0.08 0.18 0.12 0.12

所以该温度下此反应的平衡常数K==1；

②保持温度不变，平衡常数不变，向上述平衡体系中再加入0.1molCO，可以等效为开始加入0.3molCO，0.3molH2O；

对于可逆反应： CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始物质的量浓度(mol/L)0.3 0.3 0 0

转化物质的量浓度(mol/L)x x x x

平衡物质的量浓度(mol/L)0.3-x 0.3-x x x

所以=1，解得x=1.5，

所以当反应重新建立平衡时，水蒸气的总转化率α(H2O)=×100%=50%；

(2)合成氨正反应是放热反应，升高温度平衡逆反应进行，平衡常数减小，即温度越高平衡常数越小．由表中数据可知：T1 时平衡常数大于573K时平衡常数，故T1＜573K；

(3)A．由图可知c点n(NH3)和n(H2)相等，故A正确；

B．由图可知c点后氨气物质的量增大，氢气的物质的量减小，c点未处于平衡状态，平衡向正反应进行，c点表示NH3生成速率大于NH3分解速率，故B错误；

C．温度相同，平衡常数相同，e点和d点时反应的平衡常数相同，故C正确；

D．由图可知c点后氨气物质的量增大，氢气的物质的量减小，c点未处于平衡状态，平衡向正反应进行，c点时正反应速率大于逆反应速率，故D正确；

故答案为ACD；

(4)充入空气，NO转化为NO2，降低NO的浓度，增大NO2的浓度，平衡向正反应移动，有利于提高原料利用率；

(5)已知：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)；△H=-574kJmol-1，②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)；△H=-1160kJmol-1，由盖斯定律可知：①+②得：CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)△H=-1734kJ/mol；即CH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)△H=-867kJ/mol。