Question

（2009?龍巖一模）工業合成氨與制備硝酸一般可連續生產，流程如圖1：

（1）工業生產時，制取氫氣的一個反應為：CO+H₂O?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

．
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）=

50%

．
（2）合成塔中發生反應為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0．右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“=”）．

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

（3）NH₃和O₂在鉑系催化劑作用下從145℃就開始反應：
4NH₃+5O₂?4NO+6H₂O△H=-905kJ?mol^-1
不同溫度下NO產率如圖2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）吸收塔中反應為：3NO₂+H₂O?2HNO₃+NO．從生產流程看，吸收塔中需要補充空氣，其原因是

充入空氣，NO轉化為NO₂，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氧化物還原為氮氣和水，其反應機理為：
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NO₂還原為N₂的熱化學方程式為：

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

．

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）從濃度對平衡移動的影響分析；
（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．

解答：解：（1）①CO+H₂O（g）CO₂ +H₂
      初始：0.2   0.3          0   0
      變化：0.12  0.12         0.12 0.12
      平衡：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

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，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，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）補充空氣，氧氣的濃度增大，NO轉化為NO₂，則平衡向正反應方向移動，有利于提高原料利用率，
故答案為：充入空氣，NO轉化為NO₂，有利于提高原料利用率；
（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．

點評：本題是一道工業合成氨的綜合性知識題目，題目難度較大，注意利用三段式法解答，特別是蓋斯定律的運用．