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，制取氫氣的一個反應為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，850℃時，往1L密閉容器中充入0.3mol CO和0.2molH₂O（g）．反應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%

 該溫度下此反應的平衡常數(shù)K=

1

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

A

 （選填A、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N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．下表為不同溫度下該反應的平衡常數(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，不同溫度下NH₃產(chǎn)率圖1所示．溫度高于900℃時，NH₃產(chǎn)率下降，原因是

900℃時反應達到平衡狀態(tài)，再升高溫度平衡向左移動

．

（4）在化學反應中只有極少數(shù)能量比平均能量高得多的反應物分子發(fā)生碰撞時才可能發(fā)生化學反應，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．請認真觀察圖2，回答問題．
圖中所示反應是

放熱

（填“吸熱”或“放熱”）反應，該反應的△H=

-（E₁-E₂）kJ/mol

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

1

2

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

409kJ/mol

．
（5）硝酸廠的尾氣直接排放將污染空氣．目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮的氧化物還原為氮氣和水，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^-1

．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)生成氫氣量計算轉(zhuǎn)化的一氧化碳的量，一氧化碳的平衡濃度=反應開始時一氧化碳濃度-反應的一氧化碳濃度，轉(zhuǎn)化率=

反應的一氧化碳的物質(zhì)的量

反應開始時的一氧化碳的物質(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)和化學平衡常數(shù)相對大小判斷反應方向，如果濃度商常數(shù)大于平衡常數(shù)，則平衡向逆反應方向移動；
（2）該反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則平衡常數(shù)降低，根據(jù)不同溫度下平衡常數(shù)的相對大小確定溫度高低；
（3）該反應是放熱反應，反應達到平衡狀態(tài)時，在升高溫度，平衡向逆反應方向移動；
（4）反應物的能量大于生成物的能量，則該反應是放熱反應，反應物的能量小于生成物的能量，則該反應是吸熱反應；△H=生成物能量-反應物能量；
（5）將兩個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如果反應向逆反應方向移動，則參加反應的各種物質(zhì)的濃度商大于1，
A．濃度商=

3×2

1×5

=1.2＞1，平衡向逆反應方向移動；
B．濃度商=

1×1

2×2

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

1×1

0.5×2

=1，該反應處于平衡狀態(tài)；
E．濃度商=

1×2

3×1

=

2

3

＜1，平衡向正反應方向移動，
故選A；
（2）該反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則平衡常數(shù)降低，T₁時平衡常數(shù)大于300℃時的平衡常數(shù)，所以T₁＜300℃，故答案為＜；
（3）該反應是放熱反應，反應達到平衡狀態(tài)時，在升高溫度，平衡向逆反應方向移動，900℃時反應達到平衡狀態(tài)，再升高溫度平衡向左移動，所以氨氣的產(chǎn)率下降，
故答案為：900℃時反應達到平衡狀態(tài)，再升高溫度平衡向左移動；
（4）根據(jù)圖片知，反應物的能量大于生成物的能量，所以該反應是放熱反應，△H=生成物能量-反應物能量=-（E₁-E₂）kJ/mol，逆反應的活化能=正反應的活化能-正反應的焓變=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的熱化學方程式，反應方程式為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．

點評：本題考查化學平衡的有關計算、化學反應速率計算、平衡常數(shù)等，難度中等，注意掌握化學平衡常數(shù)的應用：1、用來判斷反應進行的程度，2、判斷反應的熱效應，3、判斷反應進行的方向，4、用來計算物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率．