Question

（2011?石景山區一模）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．t℃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）合成培中發生反應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

＜

300℃（填“＞”、“＜”或“=”）．

T/℃	T1	300	T2
K	1.00×107	2.45×105	1.88×103

（3）N₂和H₂在鐵作催化劑作用下從145℃就開始反應，不同溫度下NH₃產率如圖所示．溫度高于900℃時，NH₃產率下降的原因

溫度高于900℃時，平衡向左移動

．
（4）在上述流程圖中，氧化爐中發生反應的化學方程式為

4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O

．
（5）硝酸廠的尾氣含有氮的氧化物，如果不經處理直接排放將污染空氣．目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮的氧化物還原為氮氣和水，反應機理為：
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
則甲烷直接將N0₂還原為N₂的熱化學方程式為：

CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1

．
（6）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質和水，試寫出該反應的化學方程式

4NH₃+5O₂

點燃  .

4N₂+6H₂O

，科學家利用此原理，設計成氨氣一氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是

負極

 （填“正極”或“負極”）；堿性條件下，該電極發生反應的電極反應式為

2NH₃-6e-+6OH^-→N₂+6H₂O

．

Answer 1

分析：（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）溫度和平衡常數間的關系取決于平衡受溫度的影響情況；
（3）對于放熱反應，溫度升高，則化學平衡向逆向移動；
（4）氨的催化氧化產物是一氧化氮和水；
（5）根據蓋斯定律來計算反應的焓變，進而書寫熱化學方程式；
（6）氨氣在純氧中燃燒，生成氮氣和水，燃料電池中，燃料做負極．

解答：解：（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=

0.12×0.12

0.08×0.18

=1，故答案為：1；
（2）對于放熱反應，溫度越高，則化學平衡逆向移動，導致平衡常數減小，所以T₁＜300℃，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，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）氧化爐中是氨的催化氧反應，方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O；
（5）根據題意：①

1

2

CH₄（g）+2NO₂（g）═2NO（g）+

1

2

CO₂（g）+H₂O（g）△H=

1

2

×（-574kJ?mol^-1）=-287kJ?mol^-1；

1

2

CH₄（g）+2NO（g）═N₂（g）+

1

2

CO₂（g）+H₂O（g）△H=

1

2

×（-1160kJ?mol^-1）=-580kJ?mol^-1；
根據蓋斯定律反應CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，所以△H=-287kJ?mol^-1-580kJ?mol^-1=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（6）氨氣在純氧中燃燒，生成氮氣和水，化學方程式為：4NH₃+5O₂

點燃  .

=4N₂+6H₂O，在燃料電池中，燃料做負極，則通入氨氣的電極是負極，堿性條件下，該電極發生反應的電極反應式為2NH₃-6e-+6OH^-→N₂+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂

點燃  .

4N₂+6H₂O；負極；2NH₃-6e-+6OH^-→N₂+6H₂O．

點評：本題是一道工業合成氨的綜合性知識題目，可以根據所學知識進行回答，難度較大．