Question

1．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：
（1）如果將4mol NH₃ 和5mol O₂放入容器中，達(dá)到平衡時(shí)放出熱量0.8akJ，則平衡時(shí)NH₃的轉(zhuǎn)化率為80%．
4NH₂（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
（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(shí)間關(guān)系如圖所示，則NO的a、b、c三點(diǎn)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(shí)，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)的濃度如表：

深度/mol•L-1 時(shí)間/min	C（NH3）	c（O2）	c（NO）	c（H2O）
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	2.0	3.0	2.0	3.0

①第2min 到第4min，反應(yīng)速率v（O₂）=0.75mol/（L．min）；
②第2min 時(shí)改變了條件，改變的條件可能是D（從所給選項(xiàng)中選擇）；
A．降低溫度 B．增加了生成物   C．減小壓強(qiáng) D．使用了高效催化劑
③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，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(dòng)”）．
（4）硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，不經(jīng)處理直接排放將污染空氣．尿素（H₂NCONH₂）是一種非常重要的高氮化肥，在溫度70-95℃時(shí)，工業(yè)尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉(zhuǎn)化為N₂，尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO（NH₂）₂+NO+NO₂$\frac{\underline{\;70-95℃\;}}{\;}$N₂+CO₂+2H₂O．
（5）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?dú)夂退�，其反�?yīng)機(jī)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1mol 甲烷直接將NO₂ 還原為N₂的焓變?yōu)椤鱄=-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(jì)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(jì)算；
（2）依據(jù)反應(yīng)過(guò)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）①先根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算一氧化氮的反應(yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)中，同一時(shí)間段內(nèi)，各元素的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比確定氧氣的反應(yīng)速率；
②先分析圖表，再根據(jù)外界對(duì)化學(xué)平衡的影響分析；
③根據(jù)濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)的相對(duì)大小判斷移動(dòng)方向；
（4）依據(jù)原子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（5）根據(jù)蓋斯定律來(lái)計(jì)算反應(yīng)的焓變，進(jìn)而書(shū)寫(xiě)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(shí)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(shí)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，開(kāi)始投的反應(yīng)物，反應(yīng)物的濃度最大，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）①反應(yīng)在第2min到第4min時(shí)，則v（O₂）=$\frac{4.5mol/L-3mol/L}{4min-2min}$=0.75mol/（L．min），
故答案為：0.75mol/（L．min）；
②根據(jù)生成物第2min及第4min時(shí)物質(zhì)的量濃度的變化量知，第2min到第4min時(shí)反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則第2min時(shí)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；
③第4min時(shí)，各種物質(zhì)的濃度不變，說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{2}^{4×}{3}^{6}}{{2}^{4}×3{\;}^{5}}$=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(dòng)，
故答案為：正反應(yīng)方向進(jìn)行；
（4）在溫度70-95℃時(shí)，工業(yè)尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉(zhuǎn)化為N₂，同時(shí)產(chǎn)生CO₂，則尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO（NH₂）₂+NO+NO₂$\frac{\underline{\;70-95℃\;}}{\;}$N₂+CO₂+2H₂O，
故答案為：CO（NH₂）₂+NO+NO₂$\frac{\underline{\;70-95℃\;}}{\;}$N₂+CO₂+2H₂O；
（5）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：△H=-867kJ•mol^-1．

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