Question

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=

 

（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：

 

．
（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

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,电极反应和电池反应方程式

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）根据平衡常数表达式结合三段式计算化学平衡常数；
（2）根据盖斯定律来书写热化学方程式；
（3）燃料电池中，燃料做负极．

解答： 解：（1）利用三段式计算，
                    C0+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=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

=

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）×

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：本题主要考查了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．