Question

（16分）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(yīng)為：CO+H₂O(g)CO₂+H₂。t℃時，往1L密閉容器中充入0.2molCO和0.3mol水蒸氣。反應(yīng)建立平衡后，體系中c(H₂)=0.12mol·L^-1。該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_____（填計算結(jié)果）。

（2）合成塔中發(fā)生反應(yīng)N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H<0。下表為不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)。由此可推知，表中T₁____300℃（填“>”、“<”或“=”）。

T/℃	T1	300	T2
K	1.00×107	2.45×105	1.88×103

（3）N₂和H₂在鐵作催化劑作用下從145℃就開始反應(yīng)，不同溫度下NH₃產(chǎn)率如圖所示。溫度高于900℃時，NH₃產(chǎn)率下降的原因                      。

（4）在上述流程圖中，氧化爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

__________                                   _。

（5）硝酸廠的尾氣直接排放將污染空氣。目前科學(xué)家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮的氧化物還原為氮氣和水，反應(yīng)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(xué)方程式為：________________________ 。

（6）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水，試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式____________________，科學(xué)家利用此原理，設(shè)計成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是__________（填“正極”或“負(fù)極”）；堿性條件下，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_______________________。

 

Answer 1

（1）1  （2）＜

（3）溫度高于900℃時，平衡向左移動。

（4）

（5）CH₄(g)+2NO₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)+N₂(g)  △H＝－867kJ/mol

（6）4NH₃+3O₂ ^點燃  2N₂+6H₂O；負(fù)極；  2NH₃ — 6e^- +6OH^- = N₂ +6H₂O

解析:（1）CO + H₂O(g) CO₂+H₂

C₀     0.2   0.3         0    0

△C    0.12  0.12       0.12  0.12

C（平衡）0.08 0.18       0.12  0.12

K=（0.12×0.12）/(0.08×0.18)=1

(2)正向放熱，則升溫，平衡左移，K值減小，降溫，K值增大，所以T₁＜300℃；

（5）(①+②)/2，得：CH₄(g)+2NO₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)+N₂(g)  △H＝－867kJ/mol

（6）分析4NH₃+3O₂ ^點燃  2N₂+6H₂O中，元素化合價的變化：N元素的化合價由氨氣中的-3價，反應(yīng)后，變?yōu)镹₂中的0價，失電子，負(fù)極發(fā)生失電子的反應(yīng)，則正極為O₂得電子；

堿性條件下，正極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=== 4OH^- ,負(fù)極反應(yīng)為=總反應(yīng)-正極反應(yīng)，即：2NH₃ — 6e^- + 6OH^- =N₂ +6H₂O