Question

工業合成氨與制備硝酸一般可連續生產，流程如下：

（1）工業生產時，制取氫氣的一個反應為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂
①t℃時，往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol?L^-1．該溫度下此反應的平衡常數K=

1

 （填計算結果）．
②保持溫度不變，向上述平衡體系中再加入0.1molCO，當反應重新建立平衡時，水蒸氣的轉化率α（H₂O）=

50%

．
   （2）合成塔中發生反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0．下表為不同溫度下該反應的平衡常數．由此可推知，表中
T₁

＜

573K（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）NH₃和O₂在鉑系催化劑作用下從145℃就開始反應：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ?mol^-1，不同溫度下NO產率如右圖所示．溫度高于900℃時，NO產率下降的原因

溫度高于900℃時，平衡向左移動

．
（4）廢水中的N、P元素是造成水體富營養化的關鍵因素，農藥廠排放的廢水中常含有較多的NH₄⁺和PO₄^3-，一般可以通過兩種方法將其除去．
①方法一：將Ca（OH）₂或CaO 投加到待處理的廢水中，生成磷酸鈣，從而進行回收．當處理后的廢水中c（Ca²⁺）=2×10^-7 mol/L時，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：在廢水中加入鎂礦工業廢水，就可以生成高品位的磷礦石-鳥糞石，反應的方程式為Mg²⁺+NH₄⁺+PO₄^3-=MgNH₄PO₄↓．該方法中需要控制污水的pH為7.5～10，若pH高于10.7，鳥糞石的產量會大大降低．其原因可能為

當pH高于10.7時，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會與OH^-反應，平衡向逆反應方向移動

．與方法一相比，方法二的優點為

能同時除去廢水中的氮，充分利用了鎂礦工業廢水

．

Answer 1

分析：（1）①根據平衡常數表達式以及各種物質的濃度知識來回答；
②根據CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，和各種物質的濃度進行計算；
（2）根據溫度和平衡常數間的關系以及平衡常數受溫度的影響情況解答；
（3）對于放熱反應，溫度升高，則化學平衡向逆向移動；
（4）①根據K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-33計算；
②若pH高于10.7，鳥糞石的產量會大大降低，可能是溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會與OH^-反應；方法二能同時除去廢水中的氮；

解答：解：（1）①根據題意：CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂
           初始濃度：0.2     0.3          0      0
           變化濃度：0.12    0.12       0.12    0.12
       平衡時的濃度：0.08    0.18       0.12    0.12  則K=

C(CO2)C(H2)

C(CO)C(H2O)

=

0.12×0.12

0.08×0.18

=1，
故答案為：1；  
②保持溫度不變，向上述平衡體系中再加入0.1molCO，相當于充入0.3molCO和0.3mol水蒸氣，設H₂O的轉化了xmol
     CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂
起始：0.3   0.3          0        0
轉化：x      x           x        x
平衡0.3-x     0.3-x      x        x 則K=

C(CO2)C(H2)

C(CO)C(H2O)

=

x2

(0.3-x)2

=1，x=0.15，水蒸氣的總轉化率α（H₂O）=

0.15

0.3

×100%=50%，
故答案為：50%；
（2）對于放熱反應，溫度越高，則化學平衡逆向移動，合成塔中發生反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0，正反應為放熱反應，化學平衡逆向移動，導致平衡常數減小，所以T₁＜573K，
故答案為：＜
（3）對于放熱反應，溫度升高，則化學平衡向逆向移動，反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0，正反應為放熱反應，所以氨氣的產率減小，
故答案為：溫度高于900℃時，平衡向左移動；
（4）①廢水中c（Ca²⁺）=2×10^-7 mol/L時，根據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，
故答案為：5×10^-7；
②若pH高于10.7，鳥糞石的產量會大大降低，可能是溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會與OH^-反應，平衡向逆反應方向移動，方法二能同時除去廢水中的氮，充分利用了鎂礦工業廢水，
故答案為：當pH高于10.7時，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會與OH^-反應，平衡向逆反應方向移動；能同時除去廢水中的氮，充分利用了鎂礦工業廢水；

點評：本題主要考查了工業合成氨與制備硝酸，重點考查了平衡常數的計算，綜合性強，難度較大，可以根據所學知識進行回答，平時注意相關能力的培養．