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）工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，制取氫氣的一個(gè)反應(yīng)為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂
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

 （填計(jì)算結(jié)果）．
②保持溫度不變，向上述平衡體系中再加入0.1molCO，當(dāng)反應(yīng)重新建立平衡時(shí)，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率α（H₂O）=

50%

．
   （2）合成塔中發(fā)生反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0．下表為不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)．由此可推知，表中
T₁

＜

573K（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）NH₃和O₂在鉑系催化劑作用下從145℃就開始反應(yīng)：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ?mol^-1，不同溫度下NO產(chǎn)率如右圖所示．溫度高于900℃時(shí)，NO產(chǎn)率下降的原因

溫度高于900℃時(shí)，平衡向左移動(dòng)

．
（4）廢水中的N、P元素是造成水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素，農(nóng)藥廠排放的廢水中常含有較多的NH₄⁺和PO₄^3-，一般可以通過兩種方法將其除去．
①方法一：將Ca（OH）₂或CaO 投加到待處理的廢水中，生成磷酸鈣，從而進(jìn)行回收．當(dāng)處理后的廢水中c（Ca²⁺）=2×10^-7 mol/L時(shí)，溶液中c（PO₄^3-）=

5×10^-7

mol/L．
（已知K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2×10^-33）
②方法二：在廢水中加入鎂礦工業(yè)廢水，就可以生成高品位的磷礦石-鳥糞石，反應(yīng)的方程式為Mg²⁺+NH₄⁺+PO₄^3-=MgNH₄PO₄↓．該方法中需要控制污水的pH為7.5～10，若pH高于10.7，鳥糞石的產(chǎn)量會(huì)大大降低．其原因可能為

當(dāng)pH高于10.7時(shí)，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會(huì)與OH^-反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

．與方法一相比，方法二的優(yōu)點(diǎn)為

能同時(shí)除去廢水中的氮，充分利用了鎂礦工業(yè)廢水

．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式以及各種物質(zhì)的濃度知識(shí)來回答；
②根據(jù)CO+H₂O（g）?CO₂+H₂，和各種物質(zhì)的濃度進(jìn)行計(jì)算；
（2）根據(jù)溫度和平衡常數(shù)間的關(guān)系以及平衡常數(shù)受溫度的影響情況解答；
（3）對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動(dòng)；
（4）①根據(jù)K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=2.0×10^-33計(jì)算；
②若pH高于10.7，鳥糞石的產(chǎn)量會(huì)大大降低，可能是溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會(huì)與OH^-反應(yīng)；方法二能同時(shí)除去廢水中的氮；

解答：解：（1）①根據(jù)題意：CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂
           初始濃度：0.2     0.3          0      0
           變化濃度：0.12    0.12       0.12    0.12
       平衡時(shí)的濃度：0.08    0.18       0.12    0.12  則K=

C(CO2)C(H2)

C(CO)C(H2O)

=

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(dāng)于充入0.3molCO和0.3mol水蒸氣，設(shè)H₂O的轉(zhuǎn)化了xmol
     CO+H₂O（g）?CO₂ +H₂
起始：0.3   0.3          0        0
轉(zhuǎn)化：x      x           x        x
平衡0.3-x     0.3-x      x        x 則K=

C(CO2)C(H2)

C(CO)C(H2O)

=

x2

(0.3-x)2

=1，x=0.15，水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率α（H₂O）=

0.15

0.3

×100%=50%，
故答案為：50%；
（2）對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高，則化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，合成塔中發(fā)生反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，導(dǎo)致平衡常數(shù)減小，所以T₁＜573K，
故答案為：＜
（3）對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動(dòng)，反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以氨氣的產(chǎn)率減小，
故答案為：溫度高于900℃時(shí)，平衡向左移動(dòng)；
（4）①廢水中c（Ca²⁺）=2×10^-7 mol/L時(shí)，根據(jù)K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=c³（Ca²⁺）×c²（PO₄^3-）=8.0×10^-21×c²（PO₄^3-）=2.0×10^-33，解得c（PO₄^3-）=5.0×10^-7mol?L^-1，
故答案為：5×10^-7；
②若pH高于10.7，鳥糞石的產(chǎn)量會(huì)大大降低，可能是溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會(huì)與OH^-反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，方法二能同時(shí)除去廢水中的氮，充分利用了鎂礦工業(yè)廢水，
故答案為：當(dāng)pH高于10.7時(shí)，溶液中的Mg²⁺、NH₄⁺會(huì)與OH^-反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；能同時(shí)除去廢水中的氮，充分利用了鎂礦工業(yè)廢水；

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了工業(yè)合成氨與制備硝酸，重點(diǎn)考查了平衡常數(shù)的計(jì)算，綜合性強(qiáng)，難度較大，可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行回答，平時(shí)注意相關(guān)能力的培養(yǎng)．