Question

合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義． 合成塔中發(fā)生反應為：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
（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）△H＞0
①t℃時，往1L密閉容器中充入0.2mol CO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0.1mol CO，當反應重新建立平衡時，水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率α （H₂O）______．
（2）下表為不同溫度下合成氨反應的平衡常數(shù)．由表可推知T₁______573K（填“＞”、“＜”或“=”）．

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

（3）673K，30MPa下n（NH₃） 和n（H₂） 隨時間變化的關系如圖所示依據(jù)上圖，下列有關敘述正確的是（填寫序號）______．
A．c點表示n（NH₃）和n （H₂）相等
B．c點表示NH₃生成速率與NH₃分解速率相同
C．e點和d點時反應的平衡常數(shù)相同
D．c點時正反應速率大于逆反應速率
（4）用NO₂溶于水制硝酸：3NO₂+H₂O?2HNO₃+NO．從生產(chǎn)流程看，吸收塔中需要補充空氣，其原因用化學平衡移動的理論進行解釋是______．
（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】分析：（1）①利用三段式計算出平衡時各物質(zhì)的量的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算．
②保持溫度不變，平衡常數(shù)不變．向上述平衡體系中再加入0.1mol CO，可以等效為開始加入0.3molCO，0.3molH₂O，
令參加反應的水的物質(zhì)的量為xmol，利用三段式用x表示出各物質(zhì)的濃度變化量、平衡時各物質(zhì)的平衡濃度，代入平衡常數(shù)計算x值，再利用轉(zhuǎn)化率定義計算．
（2）合成氨正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆反應進行，平衡常數(shù)減小，即溫度越高平衡常數(shù)越�。�
（3）A．由圖可知c點n（NH₃）和n （H₂）相等．
B．由圖可知c點后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應進行．
C．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度相同，平衡常數(shù)相同．
D．由圖可知c點后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應進行．
（4）充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO₂，降低NO的濃度，增大NO₂的濃度，平衡向正反應移動，有利于提高原料利用率．
（5）根據(jù)蓋斯定律利用熱化學方程式加減構造目標熱化學方程式．
解答：解：（1）①對于可逆反應：CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）
起始物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.2     0.3                0       0   
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.12    0.12              0.12     0.12
平衡物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.08    0.18              0.12     0.12   
所以該溫度下此反應的平衡常數(shù)K==1．
故答案為：1．
②保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，向上述平衡體系中再加入0.1mol CO，可以等效為開始加入0.3molCO，0.3molH₂O，
對于可逆反應：CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）
起始物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.3     0.3                0       0   
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度（mol/L）  x        x                  x      x
平衡物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.3-x   0.3-x               x      x  
所以=1，解得x=1.5
所以當反應重新建立平衡時，水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率α（H₂O）=×100%=50%．
故答案為：50%
（2）合成氨正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆反應進行，平衡常數(shù)減小，即溫度越高平衡常數(shù)越�。�由表中數(shù)據(jù)可知
T₁ 時平衡常數(shù)大于573K時平衡常數(shù)，故T₁＜573K．
故答案為：＜．
（3）A．由圖可知c點n（NH₃）和n （H₂）相等，故A正確；
B．由圖可知c點后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應進行，c點表示NH₃生成速率大于NH₃分解速率，故B錯誤；
C．溫度相同，平衡常數(shù)相同，e點和d點時反應的平衡常數(shù)相同，故C正確；
D．由圖可知c點后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應進行，c點時正反應速率大于逆反應速率，故D正確．
故選：ACD．
（4）充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO₂，降低NO的濃度，增大NO₂的濃度，平衡向正反應移動，有利于提高原料利用率．
故答案為：充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO₂，降低NO的濃度，增大NO₂的濃度，平衡向正反應移動，有利于提高原料利用率．
（5）已知：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
由蓋斯定律可知：①+②得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-1734kJ/mol   
即CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol．
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol．
點評：考查平衡常數(shù)的計算運用及影響因素、平衡移動、熱化學方程式等，難度中等，注意平衡常數(shù)的計算及三段式解題法的運用．