Question

4．氮的固定意義重大，氮肥的使用大面積提高了糧食產(chǎn)量．

（1）目前人工固氮最有效的方法是N₂+3H₂$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃（用一個(gè)化學(xué)方程式表示）．
（2）自然界發(fā)生的一個(gè)固氮反應(yīng)是N₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO（g），已知N₂、O₂、NO三種分子中化學(xué)鍵斷裂所吸收的能量依次為946kJ?mol^-1、498kJ?mol^-1、632kJ?mol^-1，則該反應(yīng)的△H=+180kJ?mol^-1．該反應(yīng)在放電或極高溫下才能發(fā)生，原因是N₂分子中化學(xué)鍵很穩(wěn)定，反應(yīng)需要很高的活化能．
（3）100kPa時(shí)，反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如圖1，反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）中NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如圖2．
①圖1中A、B、C三點(diǎn)表示不同溫度、壓強(qiáng)下2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）達(dá)到平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率，則B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)最大．
②100kPa、25℃時(shí)，2NO₂（g）?N₂O₄（g）平衡體系中N₂O₄的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為66.7%，N₂O₄的分壓p（N₂O₄）=66.7 kPa，列式計(jì)算平衡常數(shù)K_p=$\frac{p（{N}_{2}{O}_{4}）}{{p}^{2}（N{O}_{2}）}=\frac{100KPa×66.7%}{[100kPa×（1-66.7%）]^{2}}$=0.06（kPa）^-1．（K_p用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）
③100kPa、25℃時(shí)，VmL NO與0.5V mLO₂混合后最終氣體的體積為0.6VmL．
（4）室溫下，用注射器吸入一定量NO₂氣體，將針頭插入膠塞密封（如圖3），然后迅速將氣體體積壓縮為原來的一半并使活塞固定，此時(shí)手握針筒有熱感，繼續(xù)放置一段時(shí)間．從活塞固定時(shí)開始觀察，氣體顏色逐漸變淺（填“變深”或“變淺”），原因是活塞固定時(shí)2NO₂（g）N₂O₄（g）已達(dá)平衡狀態(tài)，因反應(yīng)是放熱反應(yīng)，放置時(shí)氣體溫度下降，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO₂濃度降低．[已知2NO₂（g）?N₂O₄（g）在幾微秒內(nèi)即可達(dá)到化學(xué)平衡]．

Answer 1

分析 （1）游離態(tài)的氮元素反應(yīng)生成化合態(tài)氮元素為氮的固定，如工業(yè)合成氨；
（2）熱化學(xué)方程式中，反應(yīng)焓變=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，據(jù)此計(jì)算；
（3）①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)壓強(qiáng)越大平衡正向進(jìn)行，圖中曲線上各點(diǎn)為等壓不等溫，通過控制變量做等溫線確定ABC三點(diǎn)與曲線交點(diǎn)等溫不等壓，從而確定曲線以下的點(diǎn)壓強(qiáng)小于100kPa，曲線以上的點(diǎn)壓強(qiáng)大于100kPa；
②利用三段法列式計(jì)算，恒壓100kPa、25℃時(shí)NO₂的轉(zhuǎn)化率為80%，設(shè)起始量二氧化氮物質(zhì)的量為x，
              2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量（mol）   x        0
變化量（mol）  0.8x      0.4x
平衡量（mol）  0.2x      0.4x
平衡體系中N₂O₄的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=$\frac{0.4x}{0.6x}$×100%=66.7%，混合氣體中某一氣體的分壓與其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一致，可計(jì)算出N₂O₄的分壓，
K_p用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)列式計(jì)算；
③由圖1可知100kPa、25℃時(shí)一氧化氮的轉(zhuǎn)化率為100%，而此條件下NO₂（g）的轉(zhuǎn)化率為80%，由此判斷平衡時(shí)剩余氣體的體積；
（4）壓縮活塞平衡正移，反應(yīng)放熱，針管微熱，活塞固定時(shí)2NO₂（g）?N₂O₄（g）已達(dá)平衡狀態(tài)，放置時(shí)氣體溫度下降，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO₂濃度降低，顏色變淺．

解答 解：（1）游離態(tài)的氮元素反應(yīng)生成化合態(tài)氮元素為氮的固定，如工業(yè)合成氨，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：N₂+3H_{2$?_{高溫高壓}^{催化劑}$} 2NH₃，
故答案為：N₂+3H₂$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃；
（2）N₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO（g），已知N₂、O₂、NO三種分子中化學(xué)鍵斷裂所吸收的能量依次為946kJ•mol^-1、498kJ•mol^-1、632kJ•mol^-1，反應(yīng)焓變△H=（946kJ•mol^-1+498kJ•mol^-1）-2×632kJ•mol^-1=+180KJ/mol，
故答案為：+180；N₂分子中化學(xué)鍵很穩(wěn)定，反應(yīng)需要很高的活化能；
（3）①圖中曲線上各點(diǎn)為等壓不等溫，通過控制變量做等溫線確定ABC三點(diǎn)與曲線交點(diǎn)等溫不等壓，從而確定曲線以下的點(diǎn)壓強(qiáng)小于100kPa，曲線以上的點(diǎn)壓強(qiáng)大于100kPa，所以B點(diǎn)壓強(qiáng)最大，
故答案為：B；
②利用三段法列式計(jì)算，恒壓100kPa、25℃時(shí)NO₂的轉(zhuǎn)化率為80%，設(shè)起始量二氧化氮物質(zhì)的量為x，
                  2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量（mol）   x        0
變化量（mol）  0.8x      0.4x
平衡量（mol）  0.2x      0.4x
平衡體系中N₂O₄的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=$\frac{0.4x}{0.6x}$×100%=66.7%，混合氣體中某一氣體的分壓與其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一致，所以N₂O₄的分壓為 66.7KPa，
K_p用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，
則Kp$\frac{p（{N}_{2}{O}_{4}）}{{p}^{2}（N{O}_{2}）}=\frac{100KPa×66.7%}{[100kPa×（1-66.7%）]^{2}}$=0.06（kPa）^-1；故答案為：66.7%；$\frac{p（{N}_{2}{O}_{4}）}{{p}^{2}（N{O}_{2}）}=\frac{100KPa×66.7%}{[100kPa×（1-66.7%）]^{2}}$=0.06（kPa）^-1；
③由圖1可知100kPa、25℃時(shí)一氧化氮的轉(zhuǎn)化率為100%，可得VmLNO2（g），而此條件下NO₂（g）的轉(zhuǎn)化率為80%，則判斷平衡時(shí)剩余氣體的體積為V（1-80%）mL+0.4VmL=0.6VmL，故答案為：0.6V；
（4）壓縮活塞平衡正移，反應(yīng)放熱，針管微熱，活塞固定時(shí)2NO₂（g）?N₂O₄（g）已達(dá)平衡狀態(tài)，放置時(shí)氣體溫度下降，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO₂濃度降低，顏色變淺．
故答案為：變淺；活塞固定時(shí)2NO₂（g）?N₂O₄（g）已達(dá)平衡狀態(tài)，因反應(yīng)是放熱反應(yīng)，放置時(shí)氣體溫度下降，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NO₂濃度降低．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)鍵鍵能計(jì)算反應(yīng)焓變、圖象分析化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)計(jì)算，掌握化學(xué)平衡移動(dòng)原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．