Question

【題目】氮的氫化物——氨，是重要的化工原料，在工農業生產中有廣泛的應用。而煙氣中的NOx必須脫除（即脫硝）后才能排放。

（1）合成氨原料氫氣的一個制備反應為：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＝_________（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，水蒸氣的總轉化率α(H2O)＝______________________。

（2）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產率如圖所示。溫度高于900℃時，

NO產率下降的原因____________。

（3）已知：CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)；ΔH＝-890.3kJ·mol-1

N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)； ΔH＝＋180kJ·mol-1

CH4可用于脫硝，其熱化學方程式為______________________。

(4) 以NO2、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池裝置如下圖所示，

在使用過程中石墨I電極反應生成一種氧化物Y，有關電極

反應可表示為_________。

Answer 1

【答案】27．（15分）

（1）①1（3分）；②50％（3分）；（2）溫度高于900℃時，平衡向左移動。（3分）

（3） CH4(g)＋4NO(g)=CO2(g)＋2N2(g)＋2H2O(l)，ΔH＝－1250.3 kJ·mol－1（3分）

（4）NO2＋NO3－－e－＝N2O5 （3分）

【解析】

試題分析：（1）①根據題意：CO＋H2O(g)CO2+H2

初始濃度(mol/L)： 0.2 0.3 0 0

變化濃度(mol/L) 0.12 0.12 0.12 0.12

平衡時的濃度(mol/L) 0.08 0.18 0.12 0.12

則K=(0.12×0.12)÷(0.08×0.18)=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

初始濃度(mol/L)： 0.3 0.3 0 0

變化濃度(mol/L) x x x x

平衡時的濃度(mol/L) 0.3-x 0.3-x x x

則K=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%.

（2）對于放熱反應，溫度升高，化學平衡向逆向移動，反應4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)△H＜0，所以溫度高于900℃時，平衡向左移動，NO產率下降的原因。

（3）①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)；ΔH＝-890.3kJ·mol-1，②N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)； ΔH＝

＋180kJ·mol-1，根據蓋斯定律，ΔH＝①-②×2=-890.3-180×2=－1250.3 kJ·mol－1，所以CH4脫硝的熱化學方程式為CH4(g)＋4NO(g)=CO2(g)＋2N2(g)＋2H2O(l)，ΔH＝－1250.3 kJ·mol－1。

（4）以NO2、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池是原電池，在使用過程中石墨I電極通入的是NO2氣體，石墨Ⅰ是原電池的負極，NO2發生氧化反應生成一種氧化物Y，則Y為N2O5，所以電極反應可表示為NO2＋NO3－－e－＝N2O5