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(shí)，制取氫氣的一個(gè)反應(yīng)為：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。t℃時(shí)，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(jì)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(xué)家利用此原理，設(shè)計(jì)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 。

（4）用氨氣氧化可以生產(chǎn)硝酸，但尾氣中的NOx會(huì)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?dú)夂退�，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 。

（5）某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以“Ag-ZSM-5”為催化劑，測(cè)得將NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖。據(jù)圖分析，若不使用CO，溫度超過(guò)775K，發(fā)現(xiàn)NO的轉(zhuǎn)化率降低，其可能的原因?yàn)? ；在n(NO)/n(CO)=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在 左右。

 

 

Answer 1

（1）（2分）1 （2）（2分）＜

（3）（4分）負(fù)極 （2分） 2NH3 — 6e- + 6OH- = N2 +6H2O （2分�；瘜W(xué)式1分、配平1分）

（4）（3分）CH4(g)+2NO2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g)+N2(g) △H＝－867kJ/mol （方程式2分，

△H數(shù)值1分）

（5）（5分）該反應(yīng)是放熱反應(yīng)（1分），當(dāng)在775K反應(yīng)達(dá)到平衡后繼續(xù)升高溫度（1分），平衡向逆（左）方向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率降低（1分） 870K（2分。寫(xiě)860-875K之間任意數(shù)值均給分）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)“三段式”進(jìn)行計(jì)算：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

初始濃度（mol?L?1） 0.2 0.3 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol?L?1） 0.12 0.12 0.12 0.12

平衡濃度（mol?L?1） 0.08 0.18 0.12 0.12

平衡常數(shù)K=0.12×0.12÷（0.08×0.18）=1。

（2）因?yàn)樵摲磻?yīng)△H<0，為放熱反應(yīng)，所以溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，T1 的平衡常數(shù)大于300℃時(shí)平衡常數(shù)，所以T1 < 300℃。

（3）燃料電池中，O2為正極，燃料為負(fù)極，所以通入氨氣的電極是負(fù)極；NH3失去電子生成的單質(zhì)為N2，所以電極方程式為：2NH3 — 6e- + 6OH- = N2 +6H2O

（4）NO2被還原為N2，則CH4被氧化為CO2，寫(xiě)出化學(xué)方程式并配平，CH4(g)+2NO2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g)+N2(g)，根據(jù)蓋斯定律求出焓變，△H=1/2△H1+1/2△H2=－867kJ?mol?1，可得熱化學(xué)方程式。

（5）0~775K，為反應(yīng)建立化學(xué)平衡的過(guò)程，775K時(shí)達(dá)到平衡，溫度繼續(xù)升高，NO的轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。

考點(diǎn)：本題考查平衡常數(shù)的判斷及計(jì)算、燃料電池原理、熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)平衡移動(dòng)。