Question

工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下

（1）①工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，850℃时，往1L密闭容器中充入0.3mol CO和0.2molH₂O（g）．反应4min后建立平衡，体系中c（H₂）=0.12mol?L^-1．CO的平衡浓度为

0.18mol/L

 转化率为

40%

 该温度下此反应的平衡常数K=

1

 （填计算结果）．
②在850℃时，以表中的物质的量投入恒容反应器中，其中向逆反应方向进行的有

A

 （选填A、B、C、D、E）

	A	B	C	D	E
n（CO2）	3	l	0	1	l
n（H2）	2	l	0	1	2
n（CO）	1	2	3	0.5	3
n（H2O）	5	2	3	2	l

（2）合成塔中发生反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．下表为不同温度下该反应的平衡常数．由此可推知，表中T₁

＜

300℃（填“＞”、“＜”或“=”）．

T/°C	T1	300	T2
K	1.00×107	2.45×105	1.88×103

（3）N₂和H₂在铁作催化剂作用下从145℃就开始反应，不同温度下NH₃产率图1所示．温度高于900℃时，NH₃产率下降，原因是

900℃时反应达到平衡状态，再升高温度平衡向左移动

．

（4）在化学反应中只有极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应，这些分子被称为活化分子．使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能，其单位通常用kJ?mol^-1表示．请认真观察图2，回答问题．
图中所示反应是

放热

（填“吸热”或“放热”）反应，该反应的△H=

-（E₁-E₂）kJ/mol

 （用含E₁、E₂E的代数式表示）．已知热化学方程式：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ?mol^-1，该反应的活化能为167.2kJ?mol^-1，则其逆反应的活化能为

409kJ/mol

．
（5）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气．目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：
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
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：

CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ?mol^-1

．

Answer 1

分析：（1）①根据生成氢气量计算转化的一氧化碳的量，一氧化碳的平衡浓度=反应开始时一氧化碳浓度-反应的一氧化碳浓度，转化率=

反应的一氧化碳的物质的量

反应开始时的一氧化碳的物质的量

×100%，平衡常数K=

C(CO2)．C(H2)

C(CO)．C(H2O)

；
②根据浓度商常数和化学平衡常数相对大小判断反应方向，如果浓度商常数大于平衡常数，则平衡向逆反应方向移动；
（2）该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，则平衡常数降低，根据不同温度下平衡常数的相对大小确定温度高低；
（3）该反应是放热反应，反应达到平衡状态时，在升高温度，平衡向逆反应方向移动；
（4）反应物的能量大于生成物的能量，则该反应是放热反应，反应物的能量小于生成物的能量，则该反应是吸热反应；△H=生成物能量-反应物能量；
（5）将两个方程式相加然后除以2即得甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式．

解答：解：（1）①n（H₂）=CV=0.12mol?L^-1×1L=0.12mol，根据CO+H₂O（g）?CO₂+H₂知，参加反应的一氧化碳和氢气的物质的量之比是1：1，所以参加反应的CO的物质的量是0.12mol，则c（CO）=

0.3mol-0.12mol

1L

=0.18mol/L，转化率=

0.12mol

0.3mol

×100%=40%；
各物质的物质的量浓度单位都是mol/L，
          CO+H₂O（g）?CO₂+H₂
开始浓度  0.3  0.2      0    0
反应浓度 0.12  0.12   0.12  0.12
平衡浓度0.18   0.08   0.12  0.12
则平衡常数K=

C(CO2)．C(H2)

C(CO)．C(H2O)

=

0.12mol/L×0.12mol/L

0.18mol/L×0.08mol/L

=1；
 故答案为：0.18mol/L；40%；1；
②如果反应向逆反应方向移动，则参加反应的各种物质的浓度商大于1，
A．浓度商=

3×2

1×5

=1.2＞1，平衡向逆反应方向移动；
B．浓度商=

1×1

2×2

=0.25＜1，平衡向正反应方向移动；
C．浓度商=0＜1，平衡向正反应方向移动；
D．浓度商=

1×1

0.5×2

=1，该反应处于平衡状态；
E．浓度商=

1×2

3×1

=

2

3

＜1，平衡向正反应方向移动，
故选A；
（2）该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，则平衡常数降低，T₁时平衡常数大于300℃时的平衡常数，所以T₁＜300℃，故答案为＜；
（3）该反应是放热反应，反应达到平衡状态时，在升高温度，平衡向逆反应方向移动，900℃时反应达到平衡状态，再升高温度平衡向左移动，所以氨气的产率下降，
故答案为：900℃时反应达到平衡状态，再升高温度平衡向左移动；
（4）根据图片知，反应物的能量大于生成物的能量，所以该反应是放热反应，△H=生成物能量-反应物能量=-（E₁-E₂）kJ/mol，逆反应的活化能=正反应的活化能-正反应的焓变=167.2kJ?mol^-1-（-241.8kJ?mol^-1）=409kJ/mol，
故答案为：放热；-（E₁-E₂）kJ/mol；409kJ/mol；
（5）将两个方程式相加然后除以2即得甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式，反应方程式为CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ?mol^-1．

点评：本题考查化学平衡的有关计算、化学反应速率计算、平衡常数等，难度中等，注意掌握化学平衡常数的应用：1、用来判断反应进行的程度，2、判断反应的热效应，3、判断反应进行的方向，4、用来计算物质的转化率．