Question

4．工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，回答下列问题：
（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=1（填计算结果）．
（2）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^-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）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol/L）0.2   0.3       0       0
反应（mol/L）0.12  0.12     0.12     0.12
平衡（mol/L）0.08  0.18    0.12      0.12
化学平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）．c（{H}_{2}）}{c（CO）．c（{H}_{2}）}$；
（2）CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1②
将方程式$\frac{①+②}{2}$得甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式．

解答 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol/L）0.2   0.3       0       0
反应（mol/L）0.12  0.12     0.12     0.12
平衡（mol/L）0.08  0.18    0.12      0.12
化学平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）．c（{H}_{2}）}{c（CO）．c（{H}_{2}）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，
故答案为：1；
（2）CH₄（g）+4NO₂（g）?4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）?2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1②
将方程式$\frac{①+②}{2}$CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=$\frac{-（574+1160）}{2}$kJ/mol=-867kJ•mol^-1，故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ•mol^-1．

点评 本题考查化学平衡常数计算、盖斯定律等知识点，为高频考点，注意三段式解题方法在化学平衡计算中的灵活运用，会正确运用盖斯定律，题目难度不大．