Question

工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，流程如下

（1）①工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，制取氫氣的一個(gè)反應(yīng)為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，850℃時(shí)，往1L密閉容器中充入0.3mol CO和0.2molH₂O（g）．反應(yīng)4min后建立平衡，體系中c（H₂）=0.12mol?L^-1．CO的平衡濃度為

0.18mol/L

 轉(zhuǎn)化率為

40%

 該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

1

 （填計(jì)算結(jié)果）．
②在850℃時(shí)，以表中的物質(zhì)的量投入恒容反應(yīng)器中，其中向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的有

A

 （選填A(yù)、B、C、D、E）

	A	B	C	D	E
n（CO2）	3	l	0	1	l
n（H2）	2	l	0	1	2
n（CO）	1	2	3	0.5	3
n（H2O）	5	2	3	2	l

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

＜

300℃（填“＞”、“＜”或“=”）．

T/°C	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(yīng)，不同溫度下NH₃產(chǎn)率圖1所示．溫度高于900℃時(shí)，NH₃產(chǎn)率下降，原因是

900℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，再升高溫度平衡向左移動(dòng)

．

（4）在化學(xué)反應(yīng)中只有極少數(shù)能量比平均能量高得多的反應(yīng)物分子發(fā)生碰撞時(shí)才可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這些分子被稱為活化分子．使普通分子變成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能，其單位通常用kJ?mol^-1表示．請(qǐng)認(rèn)真觀察圖2，回答問題．
圖中所示反應(yīng)是

放熱

（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)，該反應(yīng)的△H=

-（E₁-E₂）kJ/mol

 （用含E₁、E₂E的代數(shù)式表示）．已知熱化學(xué)方程式：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ?mol^-1，該反應(yīng)的活化能為167.2kJ?mol^-1，則其逆反應(yīng)的活化能為

409kJ/mol

．
（5）硝酸廠的尾氣直接排放將污染空氣．目前科學(xué)家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮的氧化物還原為氮?dú)夂退�，反�?yīng)機(jī)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NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為：

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

．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)生成氫氣量計(jì)算轉(zhuǎn)化的一氧化碳的量，一氧化碳的平衡濃度=反應(yīng)開始時(shí)一氧化碳濃度-反應(yīng)的一氧化碳濃度，轉(zhuǎn)化率=

反應(yīng)的一氧化碳的物質(zhì)的量

反應(yīng)開始時(shí)的一氧化碳的物質(zhì)的量

×100%，平衡常數(shù)K=

C(CO2)．C(H2)

C(CO)．C(H2O)

；
②根據(jù)濃度商常數(shù)和化學(xué)平衡常數(shù)相對(duì)大小判斷反應(yīng)方向，如果濃度商常數(shù)大于平衡常數(shù)，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（2）該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則平衡常數(shù)降低，根據(jù)不同溫度下平衡常數(shù)的相對(duì)大小確定溫度高低；
（3）該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，在升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（4）反應(yīng)物的能量大于生成物的能量，則該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的能量小于生成物的能量，則該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；△H=生成物能量-反應(yīng)物能量；
（5）將兩個(gè)方程式相加然后除以2即得甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式．

解答：解：（1）①n（H₂）=CV=0.12mol?L^-1×1L=0.12mol，根據(jù)CO+H₂O（g）?CO₂+H₂知，參加反應(yīng)的一氧化碳和氫氣的物質(zhì)的量之比是1：1，所以參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量是0.12mol，則c（CO）=

0.3mol-0.12mol

1L

=0.18mol/L，轉(zhuǎn)化率=

0.12mol

0.3mol

×100%=40%；
各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度單位都是mol/L，
          CO+H₂O（g）?CO₂+H₂
開始濃度  0.3  0.2      0    0
反應(yīng)濃度 0.12  0.12   0.12  0.12
平衡濃度0.18   0.08   0.12  0.12
則平衡常數(shù)K=

C(CO2)．C(H2)

C(CO)．C(H2O)

=

0.12mol/L×0.12mol/L

0.18mol/L×0.08mol/L

=1；
 故答案為：0.18mol/L；40%；1；
②如果反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則參加反應(yīng)的各種物質(zhì)的濃度商大于1，
A．濃度商=

3×2

1×5

=1.2＞1，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
B．濃度商=

1×1

2×2

=0.25＜1，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
C．濃度商=0＜1，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
D．濃度商=

1×1

0.5×2

=1，該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
E．濃度商=

1×2

3×1

=

2

3

＜1，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故選A；
（2）該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則平衡常數(shù)降低，T₁時(shí)平衡常數(shù)大于300℃時(shí)的平衡常數(shù)，所以T₁＜300℃，故答案為＜；
（3）該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，在升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，900℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，再升高溫度平衡向左移動(dòng)，所以氨氣的產(chǎn)率下降，
故答案為：900℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，再升高溫度平衡向左移動(dòng)；
（4）根據(jù)圖片知，反應(yīng)物的能量大于生成物的能量，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H=生成物能量-反應(yīng)物能量=-（E₁-E₂）kJ/mol，逆反應(yīng)的活化能=正反應(yīng)的活化能-正反應(yīng)的焓變=167.2kJ?mol^-1-（-241.8kJ?mol^-1）=409kJ/mol，
故答案為：放熱；-（E₁-E₂）kJ/mol；409kJ/mol；
（5）將兩個(gè)方程式相加然后除以2即得甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式，反應(yīng)方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ?mol^-1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)等，難度中等，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用：1、用來判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，2、判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)，3、判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，4、用來計(jì)算物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率．