Question

【題目】合成氨工業對國民經濟和社會發展具有重要的意義。 合成塔中發生反應為： N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0

(1)工業生產時，制取氫氣的一個反應為：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H>0

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 ＝__________________________。

②保持溫度不變，向上述平衡體系中再加入0.1mol CO，當反應重新建立平衡時，水蒸氣的總轉化率α (H2O)__________。

(2)下表為不同溫度下合成氨反應的平衡常數。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) 隨時間變化的關系如下圖所示依據上圖，下列有關敘述正確的是(填寫序號)_________________。

A．c點表示n(NH3)和n (H2)相等

B．c點表示NH3生成速率與NH3分解速率相同

C．e點和d點時反應的平衡常數相同

D．c點時正反應速率大于逆反應速率

(4)用NO2溶于水制硝酸：3NO2+H2O2HNO3+NO。從生產流程看，吸收塔中需

要補充空氣，其原因用化學平衡移動的理論進行解釋是______________。

(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：_______________________。

Answer 1

【答案】1 50％ < ACD 充入空氣，NO轉化為NO2，有利于提高原料利用率 CH4(g)+2NO2(g)＝CO2(g)+2H2O(g)+N2(g) △H＝－867kJ/mol

【解析】

(1)①利用三段式計算出平衡時各物質的量的平衡濃度，代入平衡常數表達式計算．
②保持溫度不變，平衡常數不變．向上述平衡體系中再加入0.1molCO，可以等效為開始加入0.3molCO，0.3molH2O；令參加反應的水的物質的量為xmol，利用三段式用x表示出各物質的濃度變化量、平衡時各物質的平衡濃度，代入平衡常數計算x值，再利用轉化率定義計算；

(2)合成氨正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆反應進行，平衡常數減小，即溫度越高平衡常數越小；

(3)A．由圖可知c點n(NH3)和n(H2)相等；

B．由圖可知c點后氨氣物質的量增大，氫氣的物質的量減小，c點未處于平衡狀態，平衡向正反應進行；

C．平衡常數只受溫度影響，溫度相同，平衡常數相同；

D．由圖可知c點后氨氣物質的量增大，氫氣的物質的量減小，c點未處于平衡狀態，平衡向正反應進行；

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

(5)根據蓋斯定律利用熱化學方程式加減構造目標熱化學方程式。

(1)①對于可逆反應： CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始物質的量濃度(mol/L)0.2 0.3 0 0

轉化物質的量濃度(mol/L)0.12 0.12 0.12 0.12

平衡物質的量濃度(mol/L)0.08 0.18 0.12 0.12

所以該溫度下此反應的平衡常數K==1；

②保持溫度不變，平衡常數不變，向上述平衡體系中再加入0.1molCO，可以等效為開始加入0.3molCO，0.3molH2O；

對于可逆反應： CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始物質的量濃度(mol/L)0.3 0.3 0 0

轉化物質的量濃度(mol/L)x x x x

平衡物質的量濃度(mol/L)0.3-x 0.3-x x x

所以=1，解得x=1.5，

所以當反應重新建立平衡時，水蒸氣的總轉化率α(H2O)=×100%=50%；

(2)合成氨正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆反應進行，平衡常數減小，即溫度越高平衡常數越小．由表中數據可知：T1 時平衡常數大于573K時平衡常數，故T1＜573K；

(3)A．由圖可知c點n(NH3)和n(H2)相等，故A正確；

B．由圖可知c點后氨氣物質的量增大，氫氣的物質的量減小，c點未處于平衡狀態，平衡向正反應進行，c點表示NH3生成速率大于NH3分解速率，故B錯誤；

C．溫度相同，平衡常數相同，e點和d點時反應的平衡常數相同，故C正確；

D．由圖可知c點后氨氣物質的量增大，氫氣的物質的量減小，c點未處于平衡狀態，平衡向正反應進行，c點時正反應速率大于逆反應速率，故D正確；

故答案為ACD；

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

(5)已知：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)；△H=-574kJmol-1，②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)；△H=-1160kJmol-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。