Question

合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有重要的意義． 合成塔中發(fā)生反應(yīng)為：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
（1）工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，制取氫氣的一個(gè)反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0
①t℃時(shí)，往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣．反應(yīng)建立平衡后，體系中c（H₂）=0.12mol?L^-1．該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

1

．
②保持溫度不變，向上述平衡體系中再加入0.1mol CO，當(dāng)反應(yīng)重新建立平衡時(shí)，水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率α （H₂O）

50%

．
（2）下表為不同溫度下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)．由表可推知T₁

＜

573K（填“＞”、“＜”或“=”）．

T/K	T1	573	T2
K	1.00×107	2.45×105	1.88×103

（3）673K，30MPa下n（NH₃） 和n（H₂） 隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示依據(jù)上圖，下列有關(guān)敘述正確的是（填寫序號）

ACD

．
A．c點(diǎn)表示n（NH₃）和n （H₂）相等
B．c點(diǎn)表示NH₃生成速率與NH₃分解速率相同
C．e點(diǎn)和d點(diǎn)時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)相同
D．c點(diǎn)時(shí)正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率
（4）用NO₂溶于水制硝酸：3NO₂+H₂O?2HNO₃+NO．從生產(chǎn)流程看，吸收塔中需要補(bǔ)充空氣，其原因用化學(xué)平衡移動的理論進(jìn)行解釋是

充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO₂，降低NO的濃度，增大NO₂的濃度，平衡向正反應(yīng)移動，有利于提高原料利用率

．
（5）硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，不經(jīng)處理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氧化物還原為氮?dú)夂退�，其反�?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

．

Answer 1

分析：（1）①利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的量的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算．
②保持溫度不變，平衡常數(shù)不變．向上述平衡體系中再加入0.1mol CO，可以等效為開始加入0.3molCO，0.3molH₂O，
令參加反應(yīng)的水的物質(zhì)的量為xmol，利用三段式用x表示出各物質(zhì)的濃度變化量、平衡時(shí)各物質(zhì)的平衡濃度，代入平衡常數(shù)計(jì)算x值，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算．
（2）合成氨正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆反應(yīng)進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，即溫度越高平衡常數(shù)越�。�
（3）A．由圖可知c點(diǎn)n（NH₃）和n （H₂）相等．
B．由圖可知c點(diǎn)后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點(diǎn)未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行．
C．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度相同，平衡常數(shù)相同．
D．由圖可知c點(diǎn)后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點(diǎn)未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行．
（4）充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO₂，降低NO的濃度，增大NO₂的濃度，平衡向正反應(yīng)移動，有利于提高原料利用率．
（5）根據(jù)蓋斯定律利用熱化學(xué)方程式加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式．

解答：解：（1）①對于可逆反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）
起始物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.2     0.3                0       0   
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.12    0.12              0.12     0.12
平衡物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.08    0.18              0.12     0.12   
所以該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

0.12×0.12

0.08×0.18

=1．
故答案為：1．
②保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，向上述平衡體系中再加入0.1mol CO，可以等效為開始加入0.3molCO，0.3molH₂O，
對于可逆反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）
起始物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.3     0.3                0       0   
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度（mol/L）  x        x                  x      x
平衡物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.3-x   0.3-x               x      x  
所以

x?x

(0.3-x)?(0.3-x)

=1，解得x=1.5
所以當(dāng)反應(yīng)重新建立平衡時(shí)，水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率α（H₂O）=

1.5mol

0.3mol

×100%=50%．
故答案為：50%
（2）合成氨正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆反應(yīng)進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，即溫度越高平衡常數(shù)越小．由表中數(shù)據(jù)可知
T₁ 時(shí)平衡常數(shù)大于573K時(shí)平衡常數(shù)，故T₁＜573K．
故答案為：＜．
（3）A．由圖可知c點(diǎn)n（NH₃）和n （H₂）相等，故A正確；
B．由圖可知c點(diǎn)后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點(diǎn)未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，c點(diǎn)表示NH₃生成速率大于NH₃分解速率，故B錯(cuò)誤；
C．溫度相同，平衡常數(shù)相同，e點(diǎn)和d點(diǎn)時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)相同，故C正確；
D．由圖可知c點(diǎn)后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點(diǎn)未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，c點(diǎn)時(shí)正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故D正確．
故選：ACD．
（4）充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO₂，降低NO的濃度，增大NO₂的濃度，平衡向正反應(yīng)移動，有利于提高原料利用率．
故答案為：充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO₂，降低NO的濃度，增大NO₂的濃度，平衡向正反應(yīng)移動，有利于提高原料利用率．
（5）已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知：①+②得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-1734kJ/mol   
即CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol．
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol．

點(diǎn)評：考查平衡常數(shù)的計(jì)算運(yùn)用及影響因素、平衡移動、熱化學(xué)方程式等，難度中等，注意平衡常數(shù)的計(jì)算及三段式解題法的運(yùn)用．