Question

（16分）工業合成氨與制備硝酸一般可連續生產，流程如下：

（1）工業生產時，制取氫氣的一個反應為：CO+H₂O(g)CO₂+H₂。t℃時，往1L密閉容器中充入0.2molCO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=_____（填計算結果）。

（2）合成塔中發生反應N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H<0。下表為不同溫度下該反應的平衡常數。由此可推知，表中T₁____300℃（填“>”、“<”或“=”）。

T/℃	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產率如圖所示。溫度高于900℃時，NH₃產率下降的原因                      。

（4）在上述流程圖中，氧化爐中發生反應的化學方程式為

__________                                   _。

（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：________________________ 。

（6）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質和水，試寫出該反應的化學方程式____________________，科學家利用此原理，設計成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是__________（填“正極”或“負極”）；堿性條件下，該電極發生反應的電極反應式為_______________________。

 

Answer 1

（1）1  （2）＜

（3）溫度高于900℃時，平衡向左移動。

（4）

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

（6）4NH₃+3O₂ ^點燃  2N₂+6H₂O；負極；  2NH₃ — 6e^- +6OH^- = N₂ +6H₂O

解析:（1）CO + H₂O(g) CO₂+H₂

C₀     0.2   0.3         0    0

△C    0.12  0.12       0.12  0.12

C（平衡）0.08 0.18       0.12  0.12

K=（0.12×0.12）/(0.08×0.18)=1

(2)正向放熱，則升溫，平衡左移，K值減小，降溫，K值增大，所以T₁＜300℃；

（5）(①+②)/2，得：CH₄(g)+2NO₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)+N₂(g)  △H＝－867kJ/mol

（6）分析4NH₃+3O₂ ^點燃  2N₂+6H₂O中，元素化合價的變化：N元素的化合價由氨氣中的-3價，反應后，變為N₂中的0價，失電子，負極發生失電子的反應，則正極為O₂得電子；

堿性條件下，正極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=== 4OH^- ,負極反應為=總反應-正極反應，即：2NH₃ — 6e^- + 6OH^- =N₂ +6H₂O