Question

17．對N₂、NO、NO₂等物質(zhì)的研究有著重要的應(yīng)用價值．
（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4 kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6 kJ•mol^-1
寫出常溫、常壓下，N₂在催化劑條件下與水反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式．
（2）汽車排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器可消除汽車尾氣對環(huán)境的污染，發(fā)生如下反應(yīng)：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0
若在一定溫度下，將1.4mol NO、1.2molCO充入2L固定容積的容器中，反應(yīng)過程中各物質(zhì)的濃度變化如圖1所示．

①能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是bd（填序號）；
a．2v_正（NO）=v_逆（N₂） b．氣體總壓不變
c．c（CO₂）=c（CO） d．混合氣體的相對分子質(zhì)量
②該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=0.2L•mol^-1；
③從反應(yīng)開始到5min，生成了0.05molN₂，則5min 內(nèi)v（CO₂）=0.01mol•L^-1•min^-1，若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，平衡將 移動向左（填“向左”、“向右”或“不”）；
④20min時，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致CO濃度發(fā)生如圖1所示的變化，則改變的條件可能是c（填序號）．
a．縮小容器體積   b．增加NO的濃度    c．升高溫度    d．加入催化劑
（3）利用NO₂可制備N₂O₅，原理如圖2所示．生成N₂O₅的電極反應(yīng)式為；此隔膜為陽（填“陰”或“陽”）離子交換膜．

Answer 1

分析 （1）已知：
①N₂（g）+3H₂（（g）?2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ/mol；
利用蓋斯定律，將①×2-②×3，得2N₂（g）+6H₂0（1）=4NH₃（g）+30₂（g）△H=（-92.4kJ/mol）×2-（-571.6kJ/mol）×3=+1530.0kJ/mol，
由此分析解答；
（2）①a．化學(xué)平衡時應(yīng)有v_正（NO）=2v_逆（N₂）； b．氣體總壓不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變；c．化學(xué)平衡時，c（CO₂）和c（CO）可能相等，也可能不等；d．混合氣體的相對分子質(zhì)量，說明氣體的總物質(zhì)的量不變；
②反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，c（CO）=0.4mol/L，C（N₂）=0.1mol/L，C（CO₂）=2C（N₂）=0.2mol/L，C（NO）=0.7mol/L-（0.6-0.4）mol/L=0.5mol/L，K$\frac{0.2×0．{2}^{2}}{0．{4}^{2}×0．{5}^{2}}$L•mol^-1=0.2 L•mol^-1；
③從反應(yīng)開始到5min，生成了N₂0.05mol，則5min 內(nèi)v（CO₂）=$\frac{\frac{0.05mol×2}{2L}}{5min}$=0.01 mol•L^-1•min^-1；平衡常數(shù)表達式中CO的濃度是2次方，所以20min時再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，分母增加的幅度大，則Qc＜K；
④平衡時一氧化碳的濃度增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動，
a．縮小容器體積平衡向正反應(yīng)方向移動；   
b．增增加NO的濃度平衡向正反應(yīng)方向移動；    
c．升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動；  
d．加入催化劑不改變平衡移動；
（3）利用NO₂或N₂O₄可制備N₂O₅，N元素發(fā)生氧化反應(yīng)，則N₂O₅在電解池的陽極區(qū)生成，由圖可知，陽極上是 N₂O₄失去電子，在HNO₃條件下生成N₂O₅，根據(jù)電荷守恒可知有H⁺生成，氫離子可以自由的從左向右，所以是陽離子交換膜．

解答 解：（1）已知：
①N₂（g）+3H₂（（g）?2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ/mol；
利用蓋斯定律，將①×2-②×3，得2N₂（g）+6H₂0（1）=4NH₃（g）+30₂（g）△H=（-92.4kJ/mol）×2-（-571.6kJ/mol）×3=+1530.0kJ/mol，
故答案為：2N₂（g）+6H₂O（1）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol；
（2）①a．化學(xué)平衡時應(yīng)有v_正（NO）=2v_逆（N₂），故錯誤；
b．氣體總壓不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，達平衡狀態(tài)，故正確；
c．化學(xué)平衡時，c（CO₂）和c（CO）可能相等，也可能不等，故錯誤；
d．混合氣體的相對分子質(zhì)量，說明氣體的總物質(zhì)的量不變，達平衡狀態(tài)，故正確；故答案為：bd；
②反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，c（CO）=0.4mol/L，C（N₂）=0.1mol/L，C（CO₂）=2C（N₂）=0.2mol/L，C（NO）=0.7mol/L-（0.6-0.4）mol/L=0.5mol/L，K$\frac{0.2×0．{2}^{2}}{0．{4}^{2}×0．{5}^{2}}$L•mol^-1=0.2 L•mol^-1，故答案為：0.2 L•mol^-1；
③從反應(yīng)開始到5min，生成了N₂0.05mol，則5min 內(nèi)v（CO₂）=$\frac{\frac{0.05mol×2}{2L}}{5min}$=0.01 mol•L^-1•min^-1，平衡常數(shù)表達式中CO的濃度是2次方，所以20min時再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，分母增加的幅度大，則Qc＜K，所以平衡向逆反應(yīng)方向移動，故答案為：0.01 mol•L^-1•min^-1；向左；     
④平衡時一氧化碳的濃度增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動，
a．縮小容器體積平衡向正反應(yīng)方向移動，故錯誤；   
b．增增加NO的濃度平衡向正反應(yīng)方向移動，故錯誤；    
c．升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，故正確；  
d．加入催化劑不改變平衡移動，故錯誤；
故答案為：c；
（3）利用NO₂或N₂O₄可制備N₂O₅，N元素發(fā)生氧化反應(yīng)，則N₂O₅在電解池的陽極區(qū)生成，由圖可知，陽極上是NO₂失去電子，在HNO₃條件下生成N₂O₅，根據(jù)電荷守恒可知有H⁺生成，電極反應(yīng)式為：NO₂-e^-+HNO₃=N₂O₅+H⁺，氫離子可以自由的從左向右，所以是陽離子交換膜
故答案為：NO₂-e^-+HNO₃=N₂O₅+H⁺；陽．

點評 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率的計算、化學(xué)平衡移動原理及化學(xué)平衡常數(shù)的計算，難度較大，要注意利用化學(xué)平衡常數(shù)與濃度商的關(guān)系確定反應(yīng)方向．