Question

11．工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，回答下列問題：
（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0.2mol CO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=1（填計算結(jié)果）．
（2）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氧化物還原為氮氣和水，其反應(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：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1．
（3）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水．科學(xué)家利用此原理，設(shè)計成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極在堿性條件下發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=6H₂O+N₂．

Answer 1

分析 （1）1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應(yīng)建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol•L^-1．則
       CO+H₂O（g）?CO₂+H₂
開始   0.2    0.3           0     0
轉(zhuǎn)化  0.12    0.12        0.12   0.12
平衡  0.08   0.18         0.12    0.12
K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，結(jié)合平衡濃度計算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，
結(jié)合蓋斯定律可知，$\frac{①+②}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）；
（3）通入氨氣的電極在堿性條件下，失去電子生成氮氣和水．

解答 解：（1）1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應(yīng)建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol•L^-1．則
       CO+H₂O（g）?CO₂+H₂
開始   0.2    0.3           0     0
轉(zhuǎn)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，
故答案為：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，
結(jié)合蓋斯定律可知，$\frac{①+②}{2}$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，
即熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1；
（3）通入氨氣的電極在堿性條件下，失去電子生成氮氣和水，電極反應(yīng)為2NH₃-6e^-+6OH^-=6H₂O+N₂，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=6H₂O+N₂．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算，為高頻考點，把握化學(xué)平衡三段法、K的計算、蓋斯定律應(yīng)用、電極反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意化學(xué)反應(yīng)原理的綜合應(yīng)用，綜合性較強，題目難度不大．