Question

【題目】1799年，英國化學(xué)家漢弗萊·戴維發(fā)現(xiàn)了N2O氣體。在食品行業(yè)中，N2O可用作發(fā)泡 劑和密封劑。

(l) N2是硝酸生產(chǎn)中氨催化氧化的副產(chǎn)物，NH3與O2在加熱和催化劑的作用下生成N2O的化學(xué)方程式為________。

(2)N2O在金粉表面發(fā)生熱分解反應(yīng)：2N2O(g)=2N2(g)+O2(g)△H。

已知：2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(l) △H1=-1010KJ/mol

4NH3(g)+3O2(g) =2N2(g)+6H2O(l) △H2=-1531KJ/mol

△H=__________。

(3)N2O和CO是環(huán)境污染性氣體，研究表明，CO與N2O在Fe+作用下發(fā)生反應(yīng)：N2O(g)+CO(g)CO2(g)十N2(g)的能量變化及反應(yīng)歷程如下圖所示，兩步反應(yīng)分別為：反應(yīng)①Fe++N2OFeO+N2；反應(yīng)②______________

由圖可知兩步反應(yīng)均為____(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)，由______(填“反應(yīng)①或反應(yīng)②”)決定反應(yīng)達(dá)到平衡所用時間。

(4)在固定體積的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g)，改變原料氣配比進行多組實驗(各次實驗的溫度可能相同，也可能不同)，測定N2O的平衡轉(zhuǎn)化率。部分實驗結(jié)果如圖所示：

①如果要將圖中C點的平衡狀態(tài)改變?yōu)?/span>B點的平衡狀態(tài)，應(yīng)采取的措施是：____ ；

②圖中C、D兩點對應(yīng)的實驗溫度分別為TC和TD，，通過計算判斷TC____TD(填“>”“=”或“<”)。

(5)在某溫度下，向1L密閉容器中充入CO與N2O，發(fā)生反應(yīng)：N2O(g)+CO(g)CO2(g)十N2(g)，隨著反應(yīng)的進行，容器內(nèi)CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化如下表所示：

時間/min	0	2	4	6	8	10
物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)	50.0%	40.25%	32.0%	26.2%	24.0%	24.0%

則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____。

Answer 1

【答案】2NH3+2O2N2O+3H2O -163kJ/mol FeO++COCO2+Fe+ 放熱 反應(yīng)① 降低溫度 = 1.17

【解析】

(2)利用蓋斯定律求反應(yīng)熱；

(3)根據(jù)總反應(yīng)減去反應(yīng)①得到反應(yīng)②；根據(jù)反應(yīng)物和生成物的相對能量判斷反應(yīng)熱；根據(jù)活化能的相對大小判斷化學(xué)反應(yīng)速率大小，從而確定決速步；

(4)根據(jù)不同溫度下的平衡常數(shù)的大小，判斷溫度的變化；

(5)根據(jù)三等式求算平衡常數(shù)。

(1)NH3和O2反應(yīng)得到N2O，根據(jù)化合價升降守恒配平，NH3中N的化合價從－3升高到N2O中的＋1，共升高4價；O2中O的化合價從0降低到－2，共降低4價，化合價升降守恒，則NH3和O2的系數(shù)比為1：1，根據(jù)原子守恒配平，可得2NH3+2O2N2O+3H2O；

(2) 已知①2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(l) △H1=-1010KJ/mol，②4NH3(g)+3O2(g) =2N2(g)+6H2O(l) △H2=-1531KJ/mol；反應(yīng)①×-反應(yīng)②×可得目標(biāo)反應(yīng)，則△H=△H1×-△H2×=-1010kJ/mol×-(-1531kJ/mol)×=-163kJ/mol；

(3)總反應(yīng)為N2O(g)+CO(g)CO2(g)十N2(g)，實際過程是分2步進行，因此反應(yīng)①和反應(yīng)②相加得到總反應(yīng)，則反應(yīng)②等于總反應(yīng)減去反應(yīng)①，可得反應(yīng)②為FeO++COCO2+Fe+；

根據(jù)反應(yīng)歷程圖可知，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則該兩步反應(yīng)均為放熱反應(yīng)；

根據(jù)反應(yīng)①的歷程圖可知，由Fe＋和N2O經(jīng)過過渡態(tài)得到產(chǎn)物FeO＋和N2，過渡態(tài)和反應(yīng)物Fe＋和N2O的能量差為反應(yīng)①的活化能，同理，可知反應(yīng)②的活化能，可知，反應(yīng)①的活化能大于反應(yīng)②的活化能，活化能越大，化學(xué)反應(yīng)速率越慢，而化學(xué)反應(yīng)速率慢的步驟為決速步，決定反應(yīng)達(dá)到平衡所用時間，即反應(yīng)①決定反應(yīng)達(dá)到平衡所用時間；

(4)①根據(jù)圖像，C點和B點，反應(yīng)物的投料比相同，但是B點表示的平衡狀態(tài)，N2O的轉(zhuǎn)化率高于C點，C點的平衡狀態(tài)改變?yōu)?/span>B點的平衡狀態(tài)，平衡正向移動，N2O的轉(zhuǎn)化率增加；B和C點的反應(yīng)物投料比相同，因此不是改變反應(yīng)物的濃度；反應(yīng)前后的氣體體積不變，因此壓強不影響平衡移動，只能是溫度，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡正向移動，因此采取的措施是降低溫度；

①利用三等式求出C和D點平衡狀態(tài)的平衡常數(shù)，從而比較溫度大小；

設(shè)定容器體積的體積為VL。

C點的平衡狀態(tài)其反應(yīng)物的投標(biāo)比為1，則設(shè)N2O和CO的物質(zhì)的量均為1mol，其N2O的轉(zhuǎn)化率為0.50，則根據(jù)三等式有

，則在平衡常數(shù)；

D點的平衡狀態(tài)其反應(yīng)物的投標(biāo)比為1.5，則設(shè)N2O和CO的物質(zhì)的量為1.5mol和1mol，其N2O的轉(zhuǎn)化率為0.40，N2O反應(yīng)了1.5mol×0.40=0.6mol，則根據(jù)三等式有

，則在平衡常數(shù)；

C點和D點表示的平衡狀態(tài)的平衡常數(shù)相同，則溫度相同，有TC=TD；

(5)根據(jù)表格的數(shù)據(jù)，開始時CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為50.0%，則設(shè)CO和N2O的物質(zhì)的量各位1mol，假設(shè)到達(dá)平衡時，CO轉(zhuǎn)化了xmol，根據(jù)三等式有

，達(dá)到平衡時，CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為24.0%，則有，解得x=0.52mol，則平衡常數(shù)。