Question

1．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用，減少氮的氧化物在大氣中的排放是環(huán)境保護的重要內(nèi)容之一．
（1）如圖1是1mol NO₂氣體和1mol CO氣體反應(yīng)生成CO₂氣體和NO氣體過程中能量變化示意圖，請寫出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；

已知：N₂（g）+2NO₂（g）?4NO（g）△H=+292.3kJ•mol^-1，
則反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-760.3kJ•mol^-1；
（2）一定溫度下，在體積為2L的恒容密閉容器中充入20mol NO₂和5mol O₂發(fā)生反應(yīng)：4NO₂（g）+O₂（g）?2N₂O₅（g）；已知體系中n（NO₂）隨時間變化如表：

t（s）	0	500	1000	1500
n（NO2）（mol）	20	13.96	10.08	10.08

①寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式：K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，
已知：K₃₀₀⁰_C＞K₃₅₀⁰_C，則該反應(yīng)是放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）；
②反應(yīng)達到平衡后，NO₂的轉(zhuǎn)化率為49.6%，若要增大NO₂的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有AD
A．降低溫度  B．充入氦氣，使體系壓強增大  C．再充入NO₂  D．再充入4mol NO₂和1mol O₂
③圖2中表示N₂O₅的濃度的變化曲線是c，用O₂表示從0～500s內(nèi)該反應(yīng)的平均速率v=0.00151 mol•L^-1•s^-1．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，可得熱化學(xué)方程式：
NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1 ①
又已知：N₂（g）+2NO₂（g）?4NO（g）△H=+292.3kJ•mol^-1②
根據(jù)蓋斯定律，2×①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反應(yīng)熱也進行相應(yīng)計算；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達平衡時，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；
已知：K_300℃＞K_350℃，說明降低溫度平衡正向移動，而降低溫度平衡向放熱反應(yīng)方向移動；
②轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)的量變化量}{起始物質(zhì)的量}$×100%；若要增大NO₂的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動，但不能只增大二氧化碳的用量，否則其轉(zhuǎn)化率會降低；
③N₂O₅是生成物，其初始物質(zhì)的量濃度是0，達到平衡狀態(tài)時生成N₂O₅物質(zhì)的量=（20-10.08）mol×$\frac{1}{2}$=4.96mol，平衡時N₂O₅物質(zhì)的量濃度=$\frac{4.96L}{2L}$=2.48mol/L；
根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO₂），再利用速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比計算v（O₂）．

解答 解：（1）由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，可得熱化學(xué)方程式：
NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1 ①
又已知：N₂（g）+2NO₂（g）?4NO（g）△H=+292.3kJ•mol^-1②
根據(jù)蓋斯定律，2×①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），△H=（-234kJ/mol）×2-（+292.3kJ•mol^-1）=-760.3kJ•mol^-1，
故答案為：NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；-760.3kJ•mol^-1；
（2）①4NO₂（g）+O₂（g）?2N₂O₅（g）的化學(xué)平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；
已知：K_300℃＞K_350℃，說明降低溫度平衡正向移動，而降低溫度平衡向放熱反應(yīng)方向移動，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；放熱；
②1000s時處于平衡狀態(tài)，平衡時轉(zhuǎn)化的二氧化氮為（20-10.08）mol=9.92mol，故二氧化氮的轉(zhuǎn)化率=$\frac{9.92mol}{20mol}$×100%=49.6；
A．該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動，能增大二氧化氮轉(zhuǎn)化率，故A正確；
B．充入氦氣，使體系壓強增大，但反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度不變，平衡不移動，所以二氧化氮轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；
C．再充入NO₂，平衡正向移動，但轉(zhuǎn)化率降低，故C錯誤；
D．再充入4mol NO₂和1mol O₂，等效為增大壓強，平衡正向移動，二氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
故答案為：49.6%；AD；
若要增大NO₂的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動，但不能只增大二氧化碳的用量，否則其轉(zhuǎn)化率會降低；
③N₂O₅是生成物，其初始物質(zhì)的量濃度是0，達到平衡狀態(tài)時生成N₂O₅物質(zhì)的量=（20-10.08）mol×$\frac{1}{2}$=4.96mol，平衡時N₂O₅物質(zhì)的量濃度=$\frac{4.96L}{2L}$=2.48mol/L，故曲線c表示N₂O₅的濃度；
500s內(nèi)v（NO₂）=$\frac{\frac{（20-13.96）mol}{2L}}{500s}$=6.04×10^-3mol•L^-1•s^-1，速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，則v（O₂）=$\frac{1}{4}$v（NO₂）=$\frac{1}{4}$×6.04×10^-3mol•L^-1•s^-1=0.00151 mol•L^-1•s^-1，
故答案為：c；0.00151 mol•L^-1•s^-1．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、熱化學(xué)方程式及反應(yīng)熱計算，注意平衡常數(shù)只受溫度影響，平衡常數(shù)及其單位與方程式中化學(xué)計量數(shù)有關(guān)，難度中等．