Question

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）工業(yè)生產(chǎn)時，制取氫氣的一個反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）．t℃時，往10L密閉容器中充入2mol CO和3mol水蒸氣．反應(yīng)建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol?L^-1．則該溫度下此反應(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）氨氣在純氧中燃燒生成一種單質(zhì)和水，科學家利用此原理，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“負極”）；堿性條件下，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為

 

．
（4）用氨氣氧化可以生產(chǎn)硝酸，但尾氣中的NO_x會污染空氣．目前科學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的熱化學方程式為

 

．
（5）某研究小組在實驗室以“Ag-ZSM-5”為催化劑，測得將NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如下圖．據(jù)圖分析，若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現(xiàn)NO的轉(zhuǎn)化率降低，其可能的原因為

 

；在

n(NO)

n(CO)

=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在

 

左右．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)表達式以及各種物質(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）在燃料電池中，燃料做負極發(fā)生氧化反應(yīng)，則通入氨氣的電極是負極，堿性條件下，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e-+6OH^-→N₂+6H₂O；
（4）根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變，進而書寫熱化學方程式；
（5）升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，該反應(yīng)放熱．

解答：解：（1）根據(jù)題意：CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂
        初始濃度：0.2     0.3      0      0
        變化濃度：0.12    0.12    0.12     0.12
    平衡時的濃度：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）對于放熱反應(yīng)，溫度越高，則化學平衡逆向移動，導致平衡常數(shù)減小，所以T₁＜300℃，故答案為：＜；
（3）在燃料電池中，燃料做負極，則通入氨氣的電極是負極，堿性條件下，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e-+6OH^-→N₂+6H₂O，
故答案為：負極；2NH₃-6e-+6OH^-→N₂+6H₂O．
（4）已知CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1-------①
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1--------②
根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以由

①+②

2

得到，所以△H=

-574-1160

2

kJ?mol^-1=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（5）升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，該反應(yīng)放熱；由圖可知，在

n(NO)

n(CO)

=1的條件下，870K時，NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率為100%，
故答案為：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于平衡向逆（左）方向移動，NO轉(zhuǎn)化率降低；870K．

點評：本題是一道工業(yè)合成氨的綜合性知識題目，可以根據(jù)所學知識進行回答，難度較大．