Question

（2009?龍巖一模）工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，流程如圖1：

（1）工業(yè)生產(chǎn)時，制取氫氣的一個反應(yīng)為：CO+H₂O?CO₂+H₂
①t℃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

．
②保持溫度不變，向上述平衡體系中再加入0.1molCO，當(dāng)反應(yīng)重新建立平衡時，水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率α （H₂O）=

50%

．
（2）合成塔中發(fā)生反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0．右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

＜

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(yīng)：
4NH₃+5O₂?4NO+6H₂O△H=-905kJ?mol^-1
不同溫度下NO產(chǎn)率如圖2所示．溫度高于900℃時，NO產(chǎn)率下降的原因

溫度高于900℃時，平衡向左移動

．
（4）吸收塔中反應(yīng)為：3NO₂+H₂O?2HNO₃+NO．從生產(chǎn)流程看，吸收塔中需要補(bǔ)充空氣，其原因是

充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO₂，有利于提高原料利用率

．
（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(xué)家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮?dú)夂退�，其反�?yīng)機(jī)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

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式以及各種物質(zhì)的濃度知識來回答；
（2）溫度和平衡常數(shù)間的關(guān)系取決于平衡受溫度的影響情況；
（3）對于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動；
（4）從濃度對平衡移動的影響分析；
（5）根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變，進(jìn)而書寫熱化學(xué)方程式．

解答：解：（1）①CO+H₂O（g）CO₂ +H₂
      初始：0.2   0.3          0   0
      變化：0.12  0.12         0.12 0.12
      平衡：0.08  0.18         0.12  0.12
則K=

0.12×0.12

0.08×0.18

=1，
故答案為：1；
②保持溫度不變，向上述平衡體系中再加入0.1molCO，相當(dāng)于充入0.3molCO和0.3mol水蒸氣，設(shè)H₂O的轉(zhuǎn)化了xmol
         CO+H₂O（g）CO₂ +H₂
起始：0.3   0.3          0   0
轉(zhuǎn)化：x      x           x   x
平衡0.3-x     0.3-x        x   x
則

x2

(0.3-x)2

=1，
x=0.15，
水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率α （H₂O）=

0.15

0.3

×100%=50%，
故答案為：50%；
（2）對于放熱反應(yīng)，溫度越高，則化學(xué)平衡逆向移動，導(dǎo)致平衡常數(shù)減小，所以T₁＜573K，故答案為：＜；
（3）對于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動，所以氨氣的產(chǎn)率減小，
故答案為：溫度高于900℃時，平衡向左移動；
（4）補(bǔ)充空氣，氧氣的濃度增大，NO轉(zhuǎn)化為NO₂，則平衡向正反應(yīng)方向移動，有利于提高原料利用率，
故答案為：充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO₂，有利于提高原料利用率；
（5）根據(jù)題意：①

1

2

CH₄（g）+2NO₂（g）=2NO（g）+

1

2

CO₂（g）+H₂O（g）△H=

1

2

×（-574kJ?mol^-1）=-287kJ?mol^-1；

1

2

CH₄（g）+2NO（g）=N₂（g）+

1

2

CO₂（g）+H₂O（g）△H=

1

2

×（-1160kJ?mol^-1）=-580kJ?mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，
所以△H=-287kJ?mol^-1-580kJ?mol^-1=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1．

點(diǎn)評：本題是一道工業(yè)合成氨的綜合性知識題目，題目難度較大，注意利用三段式法解答，特別是蓋斯定律的運(yùn)用．