Question

11．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）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1．
（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^-=6H₂O+N₂．

Answer 1

分析 （1）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+H₂O（g）?CO₂+H₂
开始   0.2    0.3           0     0
转化  0.12    0.12        0.12   0.12
平衡  0.08   0.18         0.12    0.12
K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，结合平衡浓度计算K；
（2）由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，
结合盖斯定律可知，$\frac{①+②}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）；
（3）通入氨气的电极在碱性条件下，失去电子生成氮气和水．

解答 解：（1）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+H₂O（g）?CO₂+H₂
开始   0.2    0.3           0     0
转化  0.12    0.12        0.12   0.12
平衡  0.08   0.18         0.12    0.12
K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，
故答案为：1；
（2）由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，
结合盖斯定律可知，$\frac{①+②}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g），△H=（-574kJ•mol^-1+-1160kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=-867kJ•mol^-1，
即热化学方程式为CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1；
（3）通入氨气的电极在碱性条件下，失去电子生成氮气和水，电极反应为2NH₃-6e^-+6OH^-=6H₂O+N₂，故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-=6H₂O+N₂．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、K的计算、盖斯定律应用、电极反应为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意化学反应原理的综合应用，综合性较强，题目难度不大．