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18.氮的氢化物--氨,是重要的化工原料,在工农业生产中有广泛的应用.而烟气中的NO2必须脱除(即脱硝)后才能排放.

(1)合成氨原来氢气的一个制备反应为:CO+H2O(g)═CO2+H2
①t°C时,往1L密闭容器中充入0.2molCO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保持温度不变,向上述平衡体系中再加入0.1molCO,当反应重新建立平衡时,水蒸气的总转化率α(H2O)=50%.
(2)NH3和O2在铂系催化剂作用下从145°C就开始反应:4NH3(g)+5O2(g)═4NO(g)+6H2O(g);
△H=-905kJ•mol-1
不同温度下NO产率如图1所示,温度高于900°C时,NO产率下降的原因温度高于900℃时,平衡向左移动.
(3)已知:CH4(g)+2O2═CO2(g)+2H2O;△H=-890.3kJ•mol-1
N2(g)+O2(g)═2NO(g);△H=+180kJ•mol-1
CH4可用于脱硝,其热化学方程式为CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l)△H=-1250.3 kJ•mol-1.
(4)以NO2、O2.熔融NaNO2组成的燃料电池装置如图2所示,在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y,有关电极反应可表示为NO2+NO3--e-=N2O5.

分析 (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0.1mol CO,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)对于放热反应,温度升高,则化学平衡向逆向移动;
(3)已知:①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l);△H=-890.3kJ•mol-1
②N2(g)+O2(g)═2NO(g);△H=+180kJ•mol-1
根据盖斯定律:①-2×②得CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l),可计算反应热;
(4)燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应,即NO2+NO3--e-=N2O5.

解答 解:(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=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1.
故答案为: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0.1mol CO,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$\frac{x•x}{(0.3-x)•(0.3-x)}$=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)=$\frac{1.5mol}{0.3mol}$×100%=50%.
故答案为:50%;
(2)对于放热反应,温度升高,则化学平衡向逆向移动,所以氨气的产率减小,
故答案为:温度高于900℃时,平衡向左移动;
(3)已知:①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l);△H=-890.3kJ•mol-1
②N2(g)+O2(g)═2NO(g);△H=+180kJ•mol-1
根据盖斯定律:①-2×②得CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l),△H=-890.3kJ•mol-1-2×(+180kJ•mol-1)=-1250.3 kJ•mol-1;
故答案为:CH4(g)+4NO(g)═CO2(g)+2N2(g)+2H2O(l)△H=-1250.3 kJ•mol-1;
(4)燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应,即NO2+NO3--e-=N2O5,故答案为:NO2+NO3--e-=N2O5.

点评 本题考查较为综合,涉及盖斯定律的应用、化学平衡的计算、电解原理的应用、氧化还原反应、图象的分析与应用等,为高考常见题型,考查了学生的分析能力以及对基础知识的综合应用能力,题目难度中等.

练习册系列答案
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6.氨可用于制取氨水、液氮、氮肥(尿素、碳铵等)、硝酸、铵盐、纯碱等,因此被广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料等行业中,最重要的化工产品之一.
(1)以甲烷为原料可制得合成氨气用的氢气.图1是一定温度、压强下,CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和2mol H2(g)的能量变化示意图,写出该反应的热化学方程式CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H=3(E2-E1)(△H用E1、E2、E3表示).
(2)CO可使合成氨的催化剂中毒而失去活性,因此工业上常用乙酸二氨合铜(I)溶液来吸收原料气体中的CO,反应原理:[Cu(NH3)2CH3COO](l)+CO(g)+NH3(g)?[Cu(NH3)3]CH3COO•CO(l)△H<0,
吸收后的乙酸铜氨溶液经过适当处理后可再生而恢复其吸收CO的能力,则再生的适宜条件是B(填字母序号).
A.高温、高压        B.高温、低压        C.低温、低压       D.低温、高压

(3)已知N2(g)+3H2?2NH3(g)△H=-94.4kJ•mol-1,恒容时,体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图2所示,各时间段最终均达平衡状态.
①在2L容器中发生反应,时段Ⅰ放出的热量为94.4kJ.
②25min时采取的某种措施是将NH3从反应体系中分离出去.
③时段Ⅲ条件下反应的平衡常数为2.37.(保留3位有数字)
(4)电化学降解N的原理如图3所示.电源正极为A(填“A”或“B”),阴极反应式为2NO3-+10e-+12H+=N2+6H2O.

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