Question

18．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮元素的單質(zhì)及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用．
（1）根據(jù)如圖1能量變化示意圖，請(qǐng)寫出NO₂和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1．
（2）在固定體積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如表：

T/K	298	398	498
平衡常數(shù)K	4.1×106	K1	K2

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$
②試判斷K₁＞K₂（填寫“＞”，“=”或“＜”）
③下列各項(xiàng)能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是c（填字母）
a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2  
b．v（N₂）正=3v（H₂）逆  
c．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變 
d．混合氣體的密度保持不變
④在某一時(shí)間段中反應(yīng)速率與反應(yīng)過程的曲線關(guān)系如圖2，則圖中氨的百分含量最低的時(shí)間段是D
A．t₀-t₁  B．t₂-t₃   C．t₃-t₄  D．t₅-t₆
（3）對(duì)反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在溫度分別為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖3所示，下列說法正確的是CD．
a．A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A＞C  
b．A、C兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)：A＞C  
c．A、C兩點(diǎn)N₂O₄的轉(zhuǎn)化率：A＞C
d．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
（4）一定溫度下，在1L密閉容器中充入1molN₂和3molH₂并發(fā)生反應(yīng)．若容器容積恒定，10min達(dá)到平衡時(shí)，氣體的總物質(zhì)的量為原來的$\frac{7}{8}$，則N₂的轉(zhuǎn)化率a（N₂）=25%，以NH₃表示該過程的反應(yīng)速率v（NH₃）=0.075mol/（L．min）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱等于正反應(yīng)的活化能減去逆反應(yīng)的活化能，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
②正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；
③可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡；
④t₁時(shí)刻正逆反應(yīng)速率都增大，平衡逆向移動(dòng)，t₂時(shí)到達(dá)平衡，氨氣的含量減小，t₃-t₄段正逆速率增大相同倍數(shù)，平衡不移動(dòng)，t₄ 時(shí)刻正逆速率都減小，平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)氨氣含量降低；
（3）a．A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快；
b．A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；
c．A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減少的方向移動(dòng)；
d．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（4）一定溫度下，在1L密閉容器中充入1molN₂和3molH₂并發(fā)生反應(yīng)．若容器容積恒定，10min達(dá)到平衡時(shí)，氣體的總物質(zhì)的量為原來的$\frac{7}{8}$，則混合氣體物質(zhì)的量減小為（1+3）mol×（1-$\frac{7}{8}$）=0.5mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  物質(zhì)的量減小△n=2
起始量（mol）：1       3        0
變化量（mol）：0.25    0.75     1             0.5
平衡量（mol）：0.75    2.25     1
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(jì)算v（NH₃）．

解答 解：（1）該反應(yīng)的焓變△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以熱化學(xué)方程式為：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1，
故答案為：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞；
③a．平衡時(shí)反應(yīng)混合物中各組分的含量保持不變，平衡時(shí)各組分濃度與起始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，但容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比不一定為1：3：2，所以不能作為平衡的標(biāo)志，故a錯(cuò)誤；
b．平衡時(shí)不同物質(zhì)表示速率之比等于系數(shù)之比說明到達(dá)平衡，即3v（N₂）_正=v（H₂）_逆說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故b錯(cuò)誤；
c．反應(yīng)前后氣體體積減小，恒溫恒容下，容器內(nèi)壓強(qiáng)減少，若壓強(qiáng)不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故c正確；
d．反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，所以密度不變，所以混合氣體的密度保持不變不能作為平衡的標(biāo)志，故d錯(cuò)誤；
故選：c；
④t₁時(shí)刻正逆反應(yīng)速率都增大，平衡逆向移動(dòng)，t₂時(shí)到達(dá)平衡，氨氣的含量減小，t₃-t₄段正逆速率增大相同倍數(shù)，平衡不移動(dòng)，t₄ 時(shí)刻正逆速率都減小，平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)氨氣含量降低，故t₅-t₆段氨氣的含量最小，
故選：D；
（3）A．A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快，所以速率：C＞A，故A錯(cuò)誤；
B．A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，所以化學(xué)平衡常數(shù)：A=C，故B錯(cuò)誤；
C．A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，C點(diǎn)壓強(qiáng)更高，壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減少的方向移動(dòng)，即逆反應(yīng)方向移動(dòng)，N₂O₄的轉(zhuǎn)化率降低，所以兩點(diǎn)N₂O₄的轉(zhuǎn)化率：A＞C，故C正確；
D．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大，所以由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故D正確；
故選：CD；
（4）一定溫度下，在1L密閉容器中充入1molN₂和3molH₂并發(fā)生反應(yīng)．若容器容積恒定，10min達(dá)到平衡時(shí)，氣體的總物質(zhì)的量為原來的$\frac{7}{8}$，則混合氣體物質(zhì)的量減小為（1+3）mol×（1-$\frac{7}{8}$）=0.5mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物質(zhì)的量減小△n=2
起始量（mol）：1       3         0
變化量（mol）：0.25    0.75      1              0.5
平衡量（mol）：0.75    2.25      1
N₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%，v（NH₃）=$\frac{\frac{0.75mol}{1L}}{10min}$=0.075mol/（L．min），
故答案為：25%；0.075mol/（L．min）．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡常數(shù)、熱化學(xué)方程式的書寫等，題目難度中等，側(cè)重對(duì)學(xué)生能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)．