Question

7．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農業(yè)生產、生活中有著重要作用．

（1）如圖1是1mol NO₂氣體和1mol CO反應生成CO₂和NO過程中能量變化示意圖，請寫出NO₂氣體和CO反應的熱化學方程式NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1．
（2）在固定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0 該反應的化學平衡常數表達式是K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．已知平衡常數K與溫度T的關系如表：

T/℃	400	300
平衡常致K	K1	K2

①試判斷K₁＜K₂（填寫“＞”“=”或“＜”）
②下列各項能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是c（填字母）
a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2    b．v（N₂）（正）=3v（H₂）（逆）
c．容器內壓強保持不變                    d．混合氣體的密度保持不變
③合成氨在農業(yè)和國防中有很重要的意義，在實際工業(yè)生產中，常采用下列措施，其中可以用勒夏特列原理解釋的是BD（填字母）．
A．采用較高溫度（400℃～500℃）   B．將生成的氨液化并及時從體系中分離出來
C．用鐵觸媒加快化學反應速率       D．采用較高壓強（20MPa～50MPa）
（3）對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在溫度分別為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖2所示，下列說法正確的是CD
a．A、C兩點的反應速率：A＞C
b．B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C
c．A、C兩點N₂O₄的轉化率：A＜C
d．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，根據熱化學方程式書寫原則進行書寫；
（2）依據平衡常數等于平衡生成物濃度的冪次方乘積除以反應物濃度的冪次方乘積；
①根據降低溫度平衡放熱方向移動以及平衡正向移動平衡常數增大；
②直接標志：1、速率關系：正反應速率與逆反應速率相等；2、反應體系中各物質的百分含量保持不變；
③化學平衡移動原理是指溫度、濃度、壓強等因素對化學平衡的移動造成的影響；
（3）a．A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快；
b．B和C的體積分數相等；
c．A、C兩點都在等溫線上，壓強增大，平衡向氣體體積減少的方向移動；
d．該反應為吸熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動．

解答 解：（1）由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，反應熱化學方程式為NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1，故答案為：NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，平衡常數計算表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
①根據降低溫度平衡放熱方向移動以及平衡正向移動平衡常數增大，所以K₁＜K₂，故答案為：＜；
②a．平衡時反應混合物中各組分的含量保持不變，但容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比不一定為為1：3：2，所以不能作為平衡的標志，故a錯誤；
b．平衡時不同物質表示速率之比等于系數之比說明到達平衡，即3v（N₂）_正=v（H₂）_逆說明反應達到平衡，故b錯誤；
c．反應前后氣體體積減小，若壓強不變，說明反應達到平衡，故c正確；
d．反應前后氣體的質量不變，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志，故d錯誤；
故選：c；
③A．加熱到500℃合成氨是放熱反應，升溫會使平衡逆向移動，降低轉化率，升溫的目的是為了保證催化劑的催化活性，加快化學反應速率，不能用勒夏特列原理解釋，故錯誤；
B．將生成的氨液化并及時從體系中分離出來，將氨及時液化分離，利于化學平衡正向移動，有利于氨的合成，故正確；
C．用鐵作催化劑加快化學反應速率，催化劑不能使平衡移動，使用催化劑是為了加快化學反應速率，用勒夏特列原理無法解釋，故錯誤；
D．采用較高壓強（20Mpa-50MPa），合成氨是氣體體積減小的反應，加壓至20～50MPa，有利于化學平衡正向移動，有利于氨的合成，故正確；
故選：BD；
（3）A．A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快，所以速率：C＞A，故A錯誤；
B．B和C的體積分數相等，所以B、C兩點的氣體的平均相對分子質量相等，故B錯誤；
C．A、C兩點都在等溫線上，C點壓強更高，壓強增大，平衡向氣體體積減少的方向移動，即逆反應方向移動，N₂O₄的轉化率降低，所以兩點N₂O₄的轉化率：A＞C，故C正確；
D．該反應為吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，NO₂的體積分數增大，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．

點評 本題主要考查了熱化學方程式的書寫、化學平衡常數、化學平衡的圖象、平衡狀態(tài)的判斷等，題目難度中等，側重對學生能力的考查．