Question

工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂
①t℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气．反应建立平衡后，体系中c（H₂）=0.12mol?L^-1．该温度下此反应的平衡常数K=

1

 （填计算结果）．
②保持温度不变，向上述平衡体系中再加入0.1molCO，当反应重新建立平衡时，水蒸气的转化率α（H₂O）=

50%

．
   （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

＜

573K（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）NH₃和O₂在铂系催化剂作用下从145℃就开始反应：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ?mol^-1，不同温度下NO产率如右图所示．温度高于900℃时，NO产率下降的原因

温度高于900℃时，平衡向左移动

．
（4）废水中的N、P元素是造成水体富营养化的关键因素，农药厂排放的废水中常含有较多的NH₄⁺和PO₄^3-，一般可以通过两种方法将其除去．
①方法一：将Ca（OH）₂或CaO 投加到待处理的废水中，生成磷酸钙，从而进行回收．当处理后的废水中c（Ca²⁺）=2×10^-7 mol/L时，溶液中c（PO₄^3-）=

5×10^-7

mol/L．
（已知K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2×10^-33）
②方法二：在废水中加入镁矿工业废水，就可以生成高品位的磷矿石-鸟粪石，反应的方程式为Mg²⁺+NH₄⁺+PO₄^3-=MgNH₄PO₄↓．该方法中需要控制污水的pH为7.5～10，若pH高于10.7，鸟粪石的产量会大大降低．其原因可能为

当pH高于10.7时，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺会与OH^-反应，平衡向逆反应方向移动

．与方法一相比，方法二的优点为

能同时除去废水中的氮，充分利用了镁矿工业废水

．

Answer 1

分析：（1）①根据平衡常数表达式以及各种物质的浓度知识来回答；
②根据CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，和各种物质的浓度进行计算；
（2）根据温度和平衡常数间的关系以及平衡常数受温度的影响情况解答；
（3）对于放热反应，温度升高，则化学平衡向逆向移动；
（4）①根据K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-33计算；
②若pH高于10.7，鸟粪石的产量会大大降低，可能是溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺会与OH^-反应；方法二能同时除去废水中的氮；

解答：解：（1）①根据题意：CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂
           初始浓度：0.2     0.3          0      0
           变化浓度：0.12    0.12       0.12    0.12
       平衡时的浓度：0.08    0.18       0.12    0.12  则K=

C(CO2)C(H2)

C(CO)C(H2O)

=

0.12×0.12

0.08×0.18

=1，
故答案为：1；  
②保持温度不变，向上述平衡体系中再加入0.1molCO，相当于充入0.3molCO和0.3mol水蒸气，设H₂O的转化了xmol
     CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂
起始：0.3   0.3          0        0
转化：x      x           x        x
平衡0.3-x     0.3-x      x        x 则K=

C(CO2)C(H2)

C(CO)C(H2O)

=

x2

(0.3-x)2

=1，x=0.15，水蒸气的总转化率α（H₂O）=

0.15

0.3

×100%=50%，
故答案为：50%；
（2）对于放热反应，温度越高，则化学平衡逆向移动，合成塔中发生反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0，正反应为放热反应，化学平衡逆向移动，导致平衡常数减小，所以T₁＜573K，
故答案为：＜
（3）对于放热反应，温度升高，则化学平衡向逆向移动，反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0，正反应为放热反应，所以氨气的产率减小，
故答案为：温度高于900℃时，平衡向左移动；
（4）①废水中c（Ca²⁺）=2×10^-7 mol/L时，根据K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=c³（Ca²⁺）×c²（PO₄^3-）=8.0×10^-21×c²（PO₄^3-）=2.0×10^-33，解得c（PO₄^3-）=5.0×10^-7mol?L^-1，
故答案为：5×10^-7；
②若pH高于10.7，鸟粪石的产量会大大降低，可能是溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺会与OH^-反应，平衡向逆反应方向移动，方法二能同时除去废水中的氮，充分利用了镁矿工业废水，
故答案为：当pH高于10.7时，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺会与OH^-反应，平衡向逆反应方向移动；能同时除去废水中的氮，充分利用了镁矿工业废水；

点评：本题主要考查了工业合成氨与制备硝酸，重点考查了平衡常数的计算，综合性强，难度较大，可以根据所学知识进行回答，平时注意相关能力的培养．