Question

【題目】合成氨工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。 合成塔中發(fā)生反應(yīng)為： N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0

(1)工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，制取氫氣的一個(gè)反應(yīng)為：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H>0

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 ＝__________________________。

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

(2)下表為不同溫度下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)。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(shí)間變化的關(guān)系如下圖所示依據(jù)上圖，下列有關(guān)敘述正確的是(填寫序號(hào))_________________。

A．c點(diǎn)表示n(NH3)和n (H2)相等

B．c點(diǎn)表示NH3生成速率與NH3分解速率相同

C．e點(diǎn)和d點(diǎn)時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)相同

D．c點(diǎn)時(shí)正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率

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

要補(bǔ)充空氣，其原因用化學(xué)平衡移動(dòng)的理論進(jìn)行解釋是______________。

(5)硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，不經(jīng)處理直接排放將污染空氣。目前科學(xué)家探索

利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮?dú)夂退�，其反�?yīng)機(jī)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(xué)方程式為：_______________________。

Answer 1

【答案】1 50％ < ACD 充入空氣，NO轉(zhuǎn)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(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的量的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算．
②保持溫度不變，平衡常數(shù)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(yīng)的水的物質(zhì)的量為xmol，利用三段式用x表示出各物質(zhì)的濃度變化量、平衡時(shí)各物質(zhì)的平衡濃度，代入平衡常數(shù)計(jì)算x值，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；

(2)合成氨正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆反應(yīng)進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，即溫度越高平衡常數(shù)越小；

(3)A．由圖可知c點(diǎn)n(NH3)和n(H2)相等；

B．由圖可知c點(diǎn)后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點(diǎn)未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行；

C．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度相同，平衡常數(shù)相同；

D．由圖可知c點(diǎn)后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點(diǎn)未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行；

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

(5)根據(jù)蓋斯定律利用熱化學(xué)方程式加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式。

(1)①對(duì)于可逆反應(yīng)： CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始物質(zhì)的量濃度(mol/L)0.2 0.3 0 0

轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度(mol/L)0.12 0.12 0.12 0.12

平衡物質(zhì)的量濃度(mol/L)0.08 0.18 0.12 0.12

所以該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K==1；

②保持溫度不變，平衡常數(shù)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(duì)于可逆反應(yīng)： CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始物質(zhì)的量濃度(mol/L)0.3 0.3 0 0

轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度(mol/L)x x x x

平衡物質(zhì)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(dāng)反應(yīng)重新建立平衡時(shí)，水蒸氣的總轉(zhuǎn)化率α(H2O)=×100%=50%；

(2)合成氨正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆反應(yīng)進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，即溫度越高平衡常數(shù)越�。�由表中數(shù)據(jù)可知：T1 時(shí)平衡常數(shù)大于573K時(shí)平衡常數(shù)，故T1＜573K；

(3)A．由圖可知c點(diǎn)n(NH3)和n(H2)相等，故A正確；

B．由圖可知c點(diǎn)后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點(diǎn)未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，c點(diǎn)表示NH3生成速率大于NH3分解速率，故B錯(cuò)誤；

C．溫度相同，平衡常數(shù)相同，e點(diǎn)和d點(diǎn)時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)相同，故C正確；

D．由圖可知c點(diǎn)后氨氣物質(zhì)的量增大，氫氣的物質(zhì)的量減小，c點(diǎn)未處于平衡狀態(tài)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，c點(diǎn)時(shí)正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故D正確；

故答案為ACD；

(4)充入空氣，NO轉(zhuǎn)化為NO2，降低NO的濃度，增大NO2的濃度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，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。