Question

工業合成氨與制備硝酸一般可連續生產，流程如下



（1）①工業生產時，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______ 轉化率為______ 該溫度下此反應的平衡常數K=______ （填計算結果）．
②在850℃時，以表中的物質的量投入恒容反應器中，其中向逆反應方向進行的有______ （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/°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產率圖1所示．溫度高于900℃時，NH₃產率下降，原因是______．



（4）在化學反應中只有極少數能量比平均能量高得多的反應物分子發生碰撞時才可能發生化學反應，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______（填“吸熱”或“放熱”）反應，該反應的△H=______ （用含E₁、E₂E的代數式表示）．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______．
（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：______．

Answer 1

（1）①n（H₂）=CV=0.12mol?L^-1×1L=0.12mol，根據CO+H₂O（g）?CO₂+H₂知，參加反應的一氧化碳和氫氣的物質的量之比是1：1，所以參加反應的CO的物質的量是0.12mol，則c（CO）=

0.3mol-0.12mol

1L

=0.18mol/L，轉化率=

0.12mol

0.3mol

×100%=40%；
各物質的物質的量濃度單位都是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；
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，則平衡常數降低，T₁時平衡常數大于300℃時的平衡常數，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，再升高溫度平衡向左移動，所以氨氣的產率下降，
故答案為：900℃時反應達到平衡狀態，再升高溫度平衡向左移動；
（4）根據圖片知，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．