Question

5．對含氮物質(zhì)的研究和利用有著極為重要的意義．
（1）N₂、O₂和H₂相互之間可以發(fā)生化合反應(yīng)，已知反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483kJ•mol^-1；
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93kJ•mol^-1．
則氨的催化氧化反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-903kJ•mol^-1．
（2）汽車尾氣凈化的一個反應(yīng)原理為：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．
    一定溫度下，將2.8mol NO、2.4mol CO通入固定容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)過程中部分物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖1所示．
①NO的平衡轉(zhuǎn)化率為28.57%，0～20min平均反應(yīng)速率v（NO）為0.02mol/（L•min）；該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)數(shù)值是0.05．25min時，若保持反應(yīng)溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，則化學(xué)平衡將向左 移動（填“向左”、“向右”或“不”）．
②下列可說明該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡的是cd．
a． v生成（CO₂）=v消耗（CO）
b．混合氣體的密度不再改變
c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變
d．單位時間內(nèi)消耗2n mol CO₂的同時生成n mol N≡N
e．NO、CO、N₂、CO₂的濃度相等
③反應(yīng)達到平衡后，改變某一個條件，如圖2曲線①〜⑧中正確的是①⑤⑦

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式改變系數(shù)，焓變隨之改變，通過熱化學(xué)方程式之間的加減計算得到；
（2）①由圖可知，20min到達平衡，平衡時生成氮氣為0.4mol，由方程式可知消耗NO為0.4mol×2=0.8mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)的量變化量}{起始物質(zhì)的量}$×100%，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO）；
若保持反應(yīng)溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，由平衡常數(shù)表達式可知，濃度商Qc＞K，平衡逆向移動；
②化學(xué)平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，據(jù)此分析選項；
③平衡常數(shù)只受溫度影響，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動；
催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，物質(zhì)轉(zhuǎn)化率不變；
平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，與物質(zhì)的濃度無關(guān)；
壓強增大，平衡正向進行，增大氮氣的物質(zhì)的量，氮氣的濃度增大．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483kJ•mol^-1；
③N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93kJ•mol^-1．
根據(jù)蓋斯定律，②×3+①×2-③×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=[3×（-483kJ•mol^-1）+（+180.5kJ•mol^-1）×2-2×（-93kJ•mol^-1）]=-903kJ•mol^-1，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-903kJ•mol^-1；
（2）①由圖可知，20min到達平衡，平衡時生成氮氣為0.4mol，由方程式可知消耗NO為0.4mol×2=0.8mol，NO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.8mol}{2.8mol}$×100%=28.57%，v（NO）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{20min}$=0.02mol/（L•min），若保持反應(yīng)溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，
      2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．
始   2.8mol      2.4mol         0              0
變   0.8mol     0.8mol        0.4mol       0.8mol
終  2.0mol      1.6mol        0.4mol       0.8mol
化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{\frac{0.4}{2}×（\frac{0.8}{2}）^{2}}{（\frac{2.0}{2}）^{2}×（\frac{1.6}{2}）^{2}}$=0.05，25min時，若保持反應(yīng)溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，
     2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
      2       1.6+0.8=2.4   0.8+0.4=1.2   0.4
Q=$\frac{（\frac{0.4}{2}）^{2}×\frac{1.2}{2}}{（\frac{2}{2}）^{2}×（\frac{2.4}{2}）^{2}}$=0.017＞K，濃度商Qc＞K，平衡逆向移動；
故答案為：28.57%；0.02mol/（L•min）；0.05；向左；
②2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．
a． v生成（CO₂）表示V正，v消耗（CO）表示V正，所以不能表示到達平衡，故a錯誤；
b．反應(yīng)前后都為氣體，在密閉容器中，反應(yīng)前后質(zhì)量不變，混合氣體的密度ρ=$\frac{m}{v}$始終保持不變，所以不能判斷，故b錯誤；
c．反應(yīng)前后質(zhì)量不變，但反應(yīng)后氣體的體積減小，所以當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，能判斷達到平衡，故c正確；
d．單位時間內(nèi)消耗2n mol CO₂的表示V逆，同時生成n mol N≡N表示V正，且符合其系數(shù)比，能判斷達到平衡，故d正確；
e．達到平衡不必必須滿足NO、CO、N₂、CO₂的濃度相等，所以不能判斷達到平衡，故e錯誤；
故答案為：cd；
③平衡常數(shù)只受溫度影響，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，平衡常數(shù)減小，故①正確②錯誤；
催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，物質(zhì)轉(zhuǎn)化率不變，故③④錯誤；
平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，與物質(zhì)的濃度無關(guān)，故⑤正確⑥錯誤；
壓強增大，平衡正向進行，增大氮氣的物質(zhì)的量，氮氣的濃度增大，⑦正確⑧錯誤；
綜上所述①⑤⑦正確；
故答案為：①⑤⑦．

點評 本題考查了反應(yīng)熱的計算、化學(xué)平衡的有關(guān)計算、影響平衡常數(shù)的因素、化學(xué)平衡的移動與圖象等，會根據(jù)反應(yīng)方程式計算化學(xué)平衡常數(shù)，利用化學(xué)平衡常數(shù)與濃度商的關(guān)系確定反應(yīng)方向，理解外界條件對平衡的影響是解答關(guān)鍵，題目難度中等．