Question

I.科學(xué)家一直致力于“人工固氮”的方法研究。目前合成氨的技術(shù)原理為氮氣和氫氣在高溫高壓催化劑條件下生成氨氣，一定條件下，向一個2L的密閉容器中充入2molN₂和6molH₂，反應(yīng)達平衡時生成NH₃的濃度為0.5mol/L，并放出QkJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可表示為______。
II.已知：N₂O₄(g)2NO₂(g) △H＝＋57.20kJ/mol。
在100⁰C時，將0.100molN₂O₄氣體充入lL恒容抽空的密閉容器中，每隔一定時間對該容器內(nèi)的物質(zhì)濃度進行分析得到下表數(shù)據(jù)：

時間（s）	0	20	40	60	80
c(N2O4)/mol	0.100	c1	0.050	c3	c4
c(NO2)/mol	0.000	0.060	c2	0.120	0.120

 
(1)該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為______；從表中數(shù)據(jù)分析：c₁______c₂、c₃______c₄(選填“>”、“<”或“=”）。
(2)在右圖中畫出并標(biāo)明此反應(yīng)中N₂O₄和NO₂的濃度隨時間變化的曲線。

(3)在上述條件下，從反應(yīng)開始至達到化學(xué)平衡時，四氧化二氮的平均反應(yīng)速率為______。
(4)若起始時充入NO₂氣體0.200mol，則達到平衡時NO₂氣體的轉(zhuǎn)化率為______；其它條件不變時，下列措施能提高NO₂轉(zhuǎn)化率的是______ (填字母）。
A.減小NO₂的濃度 B.降低溫度  C.增加NO₂的濃度
D.升高溫度 E.再充入一定量的He
(5)向容積相同、溫度分別為T₁和T₁的兩個密閉容器中分別充入等量NO₂，發(fā)生反應(yīng)：2NO₂N₂O₄(g)(g) △H＝－57.20kJ/mol。恒溫恒容下反應(yīng)相同時間后，分別測得體系中NO₂的百分含量分別為a₁和a₂。巳知T₁<T₂,則a₁____a₂(選擇A、B、C、D填空）。
A.大于    B.小于    C.等于   D.以上都有可能

Answer 1

．(14分)Ⅰ. N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H＝－2QkJ/mol（2分）
Ⅱ. （1）K＝或 ； ＜；   ＝ （每空1分，共3分）
（2）      (2分）
（3） 0.001mol/(L·s)（1分）（4） 40% (2分） B C（2分） （5） D（2分）

試題分析：Ⅰ.反應(yīng)達平衡時生成NH₃的濃度為0.5mol/L，并放出QkJ熱量，即生成0.5mol/L×2L＝1mol氨氣時放出QkJ熱量，所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H＝－2QkJ/mol。
Ⅱ.（1）化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)方程式可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，20s時生成NO₂是0.060mol，則根據(jù)方程式可知，消耗N₂O₄的物質(zhì)的量是0.030mol，因此c₁＝0.100mol－0.030mol＝0.070mol。反應(yīng)由20s進行到40s時消耗N₂O₄是0.070mol－0.050mol＝0.020mol.根據(jù)方程式可知，生成NO₂是0.040mol，所以c₂＝0.060mol＋0.040mol＝0.100mol，所以c₁＜c₂；反應(yīng)進行到60s時反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，所以c₃＝c₄。
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，平衡時生成NO₂是0.120mol，所以消耗N₂O₄是0.060mol，則N₂O₄的平衡量是0.040mol，所以此反應(yīng)中N₂O₄和NO₂的濃度隨時間變化的曲線為。
（3）從反應(yīng)開始至達到化學(xué)平衡時，四氧化二氮的平均反應(yīng)速率為＝0.001mol/(L·s)。
（4）              2NO₂(g)N₂O₄(g)
起始濃度（mol/L）   0.200         0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）   2x           x
平衡濃度（mol/L）  0.200－2x     x
則該反應(yīng)的平衡常數(shù)＝＝
由于逆反應(yīng)的平衡常數(shù)是正反應(yīng)平衡常數(shù)的倒數(shù)，所以＝，解得x＝0.04，所以NO₂的轉(zhuǎn)化率＝×100%＝40%；
A、減小NO₂的濃度，相當(dāng)于降低壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，NO₂轉(zhuǎn)化率降低，A不正確；B、反應(yīng)放熱，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，NO₂轉(zhuǎn)化率增大，B正確；C、增加NO₂的濃度，相當(dāng)于增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，NO₂轉(zhuǎn)化率增大，C正確；D、升高溫度，平衡向平衡向逆反應(yīng)方向移動，NO₂轉(zhuǎn)化率降低，D不正確；E、再充入一定量的He，平衡不移動，E不正確，答案選BC。
（5）升高溫度平衡向逆反應(yīng)進行，平衡時二氧化氮的含量增大，溫度越高反應(yīng)速率越快，到達平衡的時間越短，據(jù)此作出二氧化氮含量與時間關(guān)系圖為，由圖可知，t₁時刻a₁＝a₂，t₁時刻之前a₁＞a₂，t₁時刻之后a₁＜a₂，故答案為D。