Question

11．H₂、NH₃、HNO₃、NH₄NO₃等都是重要的化工原料．
（1）工业上生产氢气的反应为：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）．在t℃时，向1L密闭容器中充入0.2mol　CO（g）和0.3molH₂O（g）．反应建立平衡后，体系中c（H₂）=0.12mol•L^-1．该温度下CO的转化率为60%，反应的平衡常数K=1
（2）工业上合成NH₃的反应为：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“=”）．工业实际生产中需通入过量的空气，其目的是增大氢气利用率

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

（3）NH₄NO₃溶液呈酸性（填“酸性”、“碱性”或“中性”），其原因是：NH₄⁺+H₂O?NH₃．H₂O+H⁺（用离子方程式表示）
（4）硝酸厂的尾气含有氮氧化物，不经处理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氧化物还原为氮气和水，其反应机理为：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol；
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol．
则CH₄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）在t℃时，向1L密闭容器中充入0.2mol　CO（g）和0.3molH₂O（g），反应建立平衡后，体系中c（H₂）=0.12mol•L^-1，则：
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（mol/L）：0.2    0.3      0       0
变化浓度（mol/L）：0.12     0.12    0.12    0.12
平衡浓度（mol/L）：0.08     0.18    0.12    0.12
转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%；平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$；
（2）正反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数减小；
实际生产中需通入过量的空气，增大氮气浓度，有利于平衡正向进行，增大氢气利用率；
（3）溶液中铵根离子水解，破坏水的电离平衡，溶液呈酸性；
（4）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
根据盖斯定律，（①+②）÷2可得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）．

解答 解：（1）在t℃时，向1L密闭容器中充入0.2mol　CO（g）和0.3molH₂O（g），反应建立平衡后，体系中c（H₂）=0.12mol•L^-1，则：
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（mol/L）：0.2     0.3      0       0
变化浓度（mol/L）：0.12     0.12     0.12    0.12
平衡浓度（mol/L）：0.08     0.18     0.12    0.12
CO转化率=$\frac{0.12mol/L}{0.2mol/L}$×100%=60%；
该温度下平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，
故答案为：60%；1；
（2）正反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数减小，故表中T₁＜573K；
实际生产中需通入过量的空气，增大氮气浓度，有利于平衡正向进行，增大氢气利用率，
故答案为：＜；增大氢气利用率；
（3）溶液中NH₄⁺离子水解：NH₄⁺+H₂O?NH₃．H₂O+H⁺，破坏水的电离平衡，溶液呈酸性，
故答案为：酸性；NH₄⁺+H₂O?NH₃．H₂O+H⁺；
（4）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
根据盖斯定律，（①+②）÷2可得：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 本题比较综合，涉及化学平衡计算与影响因素、平衡常数、盐类水解、盖斯定律应用等，注意化学平衡计算中三段式应用，难度中等．