Question

6．氮元素的單質(zhì)及其化合物的研究和應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的地位．工業(yè)制硝酸的主要反應(yīng)之一是
4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-akJ．mol^-1（a＞0）
（1）如果將4mol NH₃和5molO₂放入容器中，達(dá)到平衡
時放出熱量0.8akJ，則平衡時NH₃的轉(zhuǎn)化率為80%．
（2）在一定條件下，容積固定的密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，NO的濃
度與時間關(guān)系如圖所示，則NO的a、b、c三點的反應(yīng)速率
v（a正）、v（b逆）、v（c正）的大小關(guān)系是v（a正）＜v（b逆）=v（c正）．
（3）t℃時，在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度如下表：

濃度/mol．l-1	C（NH3）	C（O2）	C（NO）	C（H2O）
時間/min
起始	4.0	5.5	0	0
第2min	3.2	4.5	0.8	1.2
第4min	2.0	3.0	2.0	3.0
第6min	3.0	3.0	2.0	3.0

A．第2min時改變了條件，改變的條件可能D．（從所給選項中選擇）；
A．降低溫度    B．增加了生成物    C．減小壓強   D．使用了高效催化劑
B．在與第4min相同的溫度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的濃度為2moI/L，則該反應(yīng)正反應(yīng)方向進(jìn)行．（填“正反應(yīng)方向進(jìn)行”、“逆反應(yīng)方向進(jìn)行”、“不移動”）．
（4）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氣和水，其反應(yīng)機理為：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂+2H₂O（g）△H=-574KJ．mol^-1
CH₄+（g）4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160KJ．mol^-1
則1mol甲烷直接將NO₂還原為N₂的焓變?yōu)?867kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式中物質(zhì)的量和焓變計算反應(yīng)的氨氣物質(zhì)的量，結(jié)合轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$計算；
（2）依據(jù)反應(yīng)過程中一氧化氮隨反應(yīng)進(jìn)行濃度增大，達(dá)到平衡狀態(tài)濃度不變分析；
（3）A、先分析圖表，再根據(jù)外界對化學(xué)平衡的影響分析；
B、根據(jù)濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)的相對大小判斷移動方向；
（4）根據(jù)題意：①$\frac{1}{2}$CH₄（g）+2NO₂（g）=2NO（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-574kJ•mol^-1）=-287kJ•mol^-1；
CH₄（g）+2NO（g）=N₂（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-1160kJ•mol^-1）=-580kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變，進(jìn)而書寫熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）如果將4molNH₃和5molO₂放入容器中，達(dá)到平衡時放出熱量0.8akJ，則
        4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），△H=-akJ•mol^-1
起始量   4mol    5mol      0       0
焓變     4mol                                     aKJ
放熱       n                                      0.8aKJ
n=3.2mol
氨氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{3.2mol}{4mol}$×100%=80%；
故答案為：80%；
（2）容積固定的密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，NO的濃度與時間關(guān)系分析可知隨反應(yīng)進(jìn)行，一氧化氮隨反應(yīng)進(jìn)行濃度增大，達(dá)到平衡狀態(tài)濃度不變，所以速率關(guān)系為：v（a正）＜v（b逆）=v（c正），
故答案為：v（a正）＜v（b逆）=v（c正）；
（3）A、根據(jù)生成物第2min及第4min時物質(zhì)的量濃度的變化量知，第2min到第4min時反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動，則第2min時改變了條件，使用催化劑反應(yīng)速率增大，最后達(dá)到平衡狀態(tài)，故選D；
B、第4min時，各種物質(zhì)的濃度不變，說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{2．{0}^{4}×3．{0}^{6}}{2．{0}^{4}×3．{0}^{5}}$=3.0，在與第4min相同的溫度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的濃度都為2moI/L，Q=$\frac{{2}^{4}×{2}^{6}}{{2}^{4}×{2}^{5}}$=2＜3，則平衡向正反應(yīng)方向移動，故答案為：正反應(yīng)方向進(jìn)行；
（4）根據(jù)題意：①$\frac{1}{2}$CH₄（g）+2NO₂（g）=2NO（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-574kJ•mol^-1）=-287kJ•mol^-1；
CH₄（g）+2NO（g）=N₂（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-1160kJ•mol^-1）=-580kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．
所以△H=-287kJ•mol^-1-580kJ•mol^-1=-867kJ•mol^-1，
故答案為：-867kJ•mol^-1．

點評 本題考查了反應(yīng)熱量變化的計算和蓋斯定律應(yīng)用，化學(xué)平衡移動原理的分析判斷，平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計算，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度較大．