Question

5．已知：反應I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁
反應Ⅱ：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂（且|△H₁|=2|△H₂|）
反應Ⅲ：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l）△H₃
反應I和Ⅱ反應在不同溫度時的平衡常數及其大小關系如表：

溫度/K	反應I	反應II	已知： K2＞K1＞K2′＞K1′
298	K1	K2
398	K1′	K2′

（1）①推測反應I是反應放熱（填“吸熱”或“放熱”），②150^oC時，反應Ⅲ的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{3}（{O}_{2}）{c}^{5}（{N}_{2}）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{6}（N{O}_{2}）}$，溫度升高，K值增大（填“增大”或“減小”）．
（2）相同條件下，反應I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）在2L密閉容器內，選用不同的催化劑，反應產生N₂的量隨時間變化如圖1所示．
①算0～4分鐘在A催化劑作用下，反應速率V_（NO）=0.375mol•L^-1•min^-1，
②下列說法不正確的是CE．
A．單位時間內H-O鍵與N-H鍵斷裂的數目相等時，說明反應已經達到平衡
B．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應，當K值不變時，說明反應已經達到平衡
C．該反應的活化能大小順序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
D．反應達到平衡后，升高溫度，逆反應速率先增大后減小
E．由如圖1可知，催化劑A使反應進行的程度更大
（3）工業(yè)生產的尾氣處理中，應用了反應Ⅲ的原理，如圖2測得不同溫度下氨氣的轉化率

你認為反應控制的最佳溫度應為C，
A．300～350℃B．350～400℃
C．400～450℃D．450～500℃
（4）某一體積固定的密閉容器中進行反應Ⅲ，200℃時達平衡．請在如圖3補充畫出：t₁時刻升溫，在t₁與t₂之間某時刻達到平衡；t₂時刻添加催化劑，N₂的百分含量隨時間變化圖象．

Answer 1

分析 （1）①反應I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁，平衡常數K₁＞K₁′，升溫平衡常數減小，說明平衡逆向進行，正反應為放熱反應；
②反應I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）K₁=$\frac{{c}^{5}（{N}_{2}）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{6}（NO）}$
反應Ⅱ：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），K₂=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}$
150^oC時，反應Ⅲ4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l），的平衡常數表達式K₃=$\frac{{c}^{3}（{O}_{2}）{c}^{5}（{N}_{2}）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{6}（N{O}_{2}）}$；已知K₁＞K₁′，說明隨溫度升高，K減小，則反應Ⅰ為放熱反應，△H₁＜0；K₂＞K₂′，說明隨溫度升高，K減小，則反應II為放熱反應，△H₂＜0；反應I-反應II×3得到反應III，則△H₃=△H₁-3△H₂，據此分析；
（2）①4min時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為2.5mol×$\frac{6}{5}$=3mol，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO）；
②A．可逆反應到達平衡時12個O-H斷裂，同時生成12個O-H鍵，而生成12個N-H鍵需要12個N-H斷裂；
B．恒容絕熱的密閉容器中，反應中溫度會變化，則K會變化，當K值不變時，說明溫度不變，反應已經達到平衡；
C．相同時間內生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低；
D．反應達到平衡后，升高溫度，速率增大，平衡向逆反應方向進行，逆反應速率從大到�。�
E．催化劑改變反應速率，不改變化學平衡；
（3）由圖可知在400-450℃時，二甲醚的濃度最小，轉化率最大；
（4）t₁時升高溫度，平衡向正反應方向移動，CO₂的百分含量增加，據此畫圖．

解答 解：（1）①反應I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁，平衡常數K₁＞K₁′，升溫平衡常數減小，說明平衡逆向進行，正反應為放熱反應；
故答案為：放熱；
②已知K₁＞K₁′，說明隨溫度升高，K減小，則反應Ⅰ為放熱反應，△H₁＜0；K₂＞K₂′，說明隨溫度升高，K減小，則反應II為放熱反應，△H₂＜0；反應I-反應II×3得到反應III，則△H₃=△H₁-3△H₂，已知|△H₁|=2|△H₂|，所以△H₃=△H₁-3△H₂=|△H₂|＞0，即反應III為吸熱反應，150^oC時，反應Ⅲ4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l），的平衡常數表達式K₃=$\frac{{c}^{3}（{O}_{2}）{c}^{5}（{N}_{2}）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{6}（N{O}_{2}）}$；溫度升高平衡正向進行，平衡常數增大，
故答案為：$\frac{{c}^{3}（{O}_{2}）{c}^{5}（{N}_{2}）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{6}（N{O}_{2}）}$；增大；
（2）①4min時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為2.5mol×$\frac{6}{5}$=3mol，所以v（NO）=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{4min}$=0.375mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.375mol•L^-1•min^-1；
②A．可逆反應到達平衡時12個O-H斷裂，同時生成12個O-H鍵，而生成12個N-H鍵需要12個N-H斷裂，單位時間內H-O鍵與N-H鍵斷裂的數目相等時，說明反應已經達到平衡，故A正確；
B．恒容絕熱的密閉容器中，反應中溫度會變化，則K會變化，當K值不變時，說明溫度不變，反應已經達到平衡，故B正確；
C．相同時間內生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低，故活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故C錯誤；
D．反應達到平衡后，升高溫度，速率增大，平衡向逆反應方向進行，逆反應速率從大到小，逆反應速率先增大后減小，故D正確；
E．由如圖1可知，催化劑A改變反應速率，不改變化學平衡，不能使反應進行的程度更大，故E正確，
故答案為：CE；
（3）由圖可知在400-450℃時，二甲醚的濃度最小，轉化率最大，故選C，
故答案為：C；
（4）t₁時升高溫度，平衡向正反應方向移動，CO₂的百分含量增加，圖象為：，
答：N₂的百分含量隨時間變化圖象．

點評 本題考查了化學平衡影響因素分析判斷、平衡常數的應用、反應速率計算、平衡狀態(tài)的判斷、圖表信息的提取與應用等，題目難度中等，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．