Question

【題目】工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，流程如下：

（1）工業(yè)生產(chǎn)時，制取氫氣的一個反應為：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。

①t℃時，往1L密閉容器中充入0.2molCO和0.3mol水蒸氣。反應建立平衡后，體系中c(H2)=0.12mol·L－1。該溫度下此反應的平衡常數(shù)K=___。

②保持溫度不變，向上述平衡體系中再加入0.1molCO，當反應重新建立平衡時，水蒸氣的總轉化率α(H2O)=___。

（2）合成塔中發(fā)生反應為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。下表為不同溫度下該反應的平衡常數(shù)。由此可推知，表中T1___573K（填“>”、“<”或“=”）。

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

（3）NH3和O2在鉑系催化劑作用下從145℃就開始反應：4NH3+5O24NO+6H2O △H=－905kJ·mol－1 ，不同溫度下NO產(chǎn)率如圖所示。溫度高于900℃時，NO產(chǎn)率下降的可能原因___。

（4）吸收塔中反應為：3NO2+H2O2HNO3+NO。從生產(chǎn)流程看，吸收塔中需要補充空氣，其原因是___。

（5）硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，不經(jīng)處理直接排放將污染空氣。目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮氣和水，其反應機理為：

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

則甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為：___。

Answer 1

【答案】1 50% < 溫度高于900℃時，平衡向逆反應方向移動 充入空氣，NO轉化為NO2，有利于提高原料利用率 CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+N2（g）△H=—867kJ/mol

【解析】

（1）根據(jù)三段式進行計算各物質平衡時的濃度，再依據(jù)平衡常數(shù)公式計算；

（2）該反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動；

（3）由圖可知，900℃時反應達到平衡，升高溫度，平衡向逆反應方向移動；

（4）吸收塔中補充空氣，氧氣與一氧化氮反應，可以讓NO轉化為NO2，增大反應物濃度，減小生成物濃度；

（5）依據(jù)蓋斯定律計算可得。

（1）①由題意建立如下三段式：

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起（mol/L）0.2 0.3 0 0

變（mol/L）0.12 0.12 0.12 0.12

平（mol/L）0.08 0.18 0.12 0.12

則平衡常數(shù)K===1，故答案為：1；

②設水蒸氣的總轉化率為x，由題意建立如下三段式：

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起（mol/L）0.3 0.3 0 0

變（mol/L）0.3x 0.3x 0.3x 0.3x

平（mol/L）0.3-x 0.3-x 0.3x 0.3x

由平衡常數(shù)K可得關系式==1，解得x=0.5，則水蒸氣的總轉化率為50%，故答案為：50%；

（2）該反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)降低，則T1<573K，故答案為：<；

（3）由圖可知，900℃時反應達到平衡，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，NO產(chǎn)率下降，故答案為：溫度高于900℃時，平衡向逆反應方向移動；

（4）吸收塔中補充空氣，氧氣與一氧化氮反應，可以讓NO轉化為NO2，增大反應物濃度，減小生成物濃度，使平衡向正反應方向移動，提高原料利用率，故答案為：充入空氣，NO轉化為NO2，有利于提高原料利用率；

（5）將已知熱化學方程式依次編號為①②，由蓋斯定律可知，可得熱化學方程式甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+N2（g），則△H==—867kJ/mol， 故答案為：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+N2（g）△H=—867kJ/mol。