Question

（13分）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。t℃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=_____（填计算结果）。
（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/℃	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产率如图所示。温度高于900℃时，NH₃产率下降的原因               。

（4）在上述流程图中，氧化炉中发生反应的化学方程式为___________。
（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：________________________。
（6）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式____________________，科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极是__________（填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为_______________________。

Answer 1

（1）1  （2）＜ （3）温度高于900℃时，平衡向左移动。（4）
（5）CH₄(g)+2NO₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)+N₂(g)  △H＝－867kJ/mol
（6）4NH₃+3O₂ 2N₂+6H₂O；负极；  2NH₃ — 6e^- + 6OH^- =N₂ +6H₂O

（1）起始时CO和水蒸气的物质的量浓度分别是0.2mol/L和0.3mol/L。平衡时氢气时0.12mol/L，所以生成CO₂也是0.12mol/L，消耗CO和水蒸气都是0.12molL/L，因此平衡时CO和水蒸气的物质的量浓度分别是0.08mol/L和0.18mol/L，因此平衡常数K＝。
（2）因为是放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以T₁＜300℃。
（3）因为是放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动，即温度高于900℃时，平衡向左移动，所以产率降低。
（4）氧化炉中发生的是氨的催化氧化，所以方程式为。
（5）考查盖斯定律的应用，（①＋②）÷2即得到CH₄(g)+2NO₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)+N₂(g)，所以反应热是（－574kJ·mol^－1－1160kJ·mol^－1）÷2＝－867kJ/mol。
（6）根据反应物和生成物可知，方程式为4NH₃+3O₂ 2N₂+6H₂O。氨气在反应中失去电子，所以在负极通入，电极反应式为2NH₃ — 6e^- + 6OH^- =N₂ +6H₂O。