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4.氮的固定意義重大,氮肥的使用大面積提高了糧食產量.

(1)目前人工固氮最有效的方法是N2+3H2$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH3(用一個化學方程式表示).
(2)自然界發(fā)生的一個固氮反應是N2(g)+O2(g)$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO(g),已知N2、O2、NO三種分子中化學鍵斷裂所吸收的能量依次為946kJ?mol-1、498kJ?mol-1、632kJ?mol-1,則該反應的△H=+180kJ?mol-1.該反應在放電或極高溫下才能發(fā)生,原因是N2分子中化學鍵很穩(wěn)定,反應需要很高的活化能.
(3)100kPa時,反應2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)中NO的平衡轉化率與溫度的關系曲線如圖1,反應2NO2(g)?N2O4(g)中NO2的平衡轉化率與溫度的關系曲線如圖2.
①圖1中A、B、C三點表示不同溫度、壓強下2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)達到平衡時NO的轉化率,則B點對應的壓強最大.
②100kPa、25℃時,2NO2(g)?N2O4(g)平衡體系中N2O4的物質的量分數(shù)為66.7%,N2O4的分壓p(N2O4)=66.7 kPa,列式計算平衡常數(shù)Kp=$\frac{p({N}_{2}{O}_{4})}{{p}^{2}(N{O}_{2})}=\frac{100KPa×66.7%}{[100kPa×(1-66.7%)]^{2}}$=0.06(kPa)-1.(Kp用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質的量分數(shù))
③100kPa、25℃時,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,此時手握針筒有熱感,繼續(xù)放置一段時間.從活塞固定時開始觀察,氣體顏色逐漸變淺(填“變深”或“變淺”),原因是活塞固定時2NO2(g)N2O4(g)已達平衡狀態(tài),因反應是放熱反應,放置時氣體溫度下降,平衡向正反應方向移動,NO2濃度降低.[已知2NO2(g)?N2O4(g)在幾微秒內即可達到化學平衡].

分析 (1)游離態(tài)的氮元素反應生成化合態(tài)氮元素為氮的固定,如工業(yè)合成氨;
(2)熱化學方程式中,反應焓變=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能,據此計算;
(3)①2NO(g)+O2(g)?2NO2(g),反應是氣體體積減小的反應壓強越大平衡正向進行,圖中曲線上各點為等壓不等溫,通過控制變量做等溫線確定ABC三點與曲線交點等溫不等壓,從而確定曲線以下的點壓強小于100kPa,曲線以上的點壓強大于100kPa;
②利用三段法列式計算,恒壓100kPa、25℃時NO2的轉化率為80%,設起始量二氧化氮物質的量為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的物質的量分數(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的量分數(shù)一致,可計算出N2O4的分壓,
Kp用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質的量分數(shù)列式計算;
③由圖1可知100kPa、25℃時一氧化氮的轉化率為100%,而此條件下NO2(g)的轉化率為80%,由此判斷平衡時剩余氣體的體積;
(4)壓縮活塞平衡正移,反應放熱,針管微熱,活塞固定時2NO2(g)?N2O4(g)已達平衡狀態(tài),放置時氣體溫度下降,平衡向正反應方向移動,NO2濃度降低,顏色變淺.

解答 解:(1)游離態(tài)的氮元素反應生成化合態(tài)氮元素為氮的固定,如工業(yè)合成氨,反應的化學方程式為:N2+3H2$?_{高溫高壓}^{催化劑}$ 2NH3,
故答案為:N2+3H2$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH3;
(2)N2(g)+O2(g)$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO(g),已知N2、O2、NO三種分子中化學鍵斷裂所吸收的能量依次為946kJ•mol-1、498kJ•mol-1、632kJ•mol-1,反應焓變△H=(946kJ•mol-1+498kJ•mol-1)-2×632kJ•mol-1=+180KJ/mol,
故答案為:+180;N2分子中化學鍵很穩(wěn)定,反應需要很高的活化能;
(3)①圖中曲線上各點為等壓不等溫,通過控制變量做等溫線確定ABC三點與曲線交點等溫不等壓,從而確定曲線以下的點壓強小于100kPa,曲線以上的點壓強大于100kPa,所以B點壓強最大,
故答案為:B;
②利用三段法列式計算,恒壓100kPa、25℃時NO2的轉化率為80%,設起始量二氧化氮物質的量為x,
                  2NO2(g)?N2O4(g)
起始量(mol)   x        0
變化量(mol)  0.8x      0.4x
平衡量(mol)  0.2x      0.4x
平衡體系中N2O4的物質的量分數(shù)=$\frac{0.4x}{0.6x}$×100%=66.7%,混合氣體中某一氣體的分壓與其物質的量分數(shù)一致,所以N2O4的分壓為 66.7KPa,
Kp用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質的量分數(shù),
則Kp$\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℃時一氧化氮的轉化率為100%,可得VmLNO2(g),而此條件下NO2(g)的轉化率為80%,則判斷平衡時剩余氣體的體積為V(1-80%)mL+0.4VmL=0.6VmL,故答案為:0.6V;
(4)壓縮活塞平衡正移,反應放熱,針管微熱,活塞固定時2NO2(g)?N2O4(g)已達平衡狀態(tài),放置時氣體溫度下降,平衡向正反應方向移動,NO2濃度降低,顏色變淺.
故答案為:變淺;活塞固定時2NO2(g)?N2O4(g)已達平衡狀態(tài),因反應是放熱反應,放置時氣體溫度下降,平衡向正反應方向移動,NO2濃度降低.

點評 本題考查了化學鍵鍵能計算反應焓變、圖象分析化學平衡影響因素、平衡常數(shù)計算,掌握化學平衡移動原理是解題關鍵,題目難度中等.

練習冊系列答案
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Cu(Fe)
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9.T℃時,在容積為2L的3個恒容密閉容器中發(fā)生反應:3A(g)+B(g)?xC(g),按不同方式投入反應物,測得反應達到平衡時的有關數(shù)據如下:
容器
反應物的投入量3molA、2molB 6molA、4molB2molC
達到平衡的時間/min58
A的濃度/mol•L-1C1C2
C的體積分數(shù)/%ω1ω3
混合氣體的密度/g•L-1ρ1ρ2
下列說法正確的是(  )
A.若 x<4,2C1<C2
B.容器甲達到平衡所需的時間比容器乙達到平衡所需的時間短
C.無論x的值是多少,均有2ρ12
D.若 x=4,則ω13

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16.已知A(g)+B(g)?C(g)+D(s)反應的平衡常數(shù)與溫度的關系如下:
溫度℃70080088010001200
平衡常數(shù)1.010.015.016.117.7
(1)該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c(C)}{c(A)c(B)}$,△H>0(填“>、<、或=”);
(2)800℃時,向一個5L的密閉容器中充入0.4molA和0.7molB,若反應初始2mim內A的平均反應速率為0.01mol•L-1•min-1,則2min時c(A)=0.06mol•L-1,C的物質的量為0.1mol;此時,該可逆反應是否達到平衡?否(填“是”或“否”)
(3)在此密閉容器中,下列選項能作為判斷該反應達到平衡的依據有abd
a.壓強不隨時間改變                   b.氣體的密度不隨時間改變
c.單位時間內消耗A和B的物質的量相等    d.C的百分含量保持不變
(4)880℃時,反應 C(g)+D(s)?A(g)+B(g)的平衡常數(shù)的值為0.067.

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13.物質(t-BuNO)2在正庚烷溶劑中發(fā)生如下反應:(t-BuNO)2?2(t-BuNO).
(1)當(t-BuNO)2的起始濃度(c0)為0.50mol•L-1時,實驗測得20℃時的平衡轉化率(α)是65%.列式計算20℃時上述反應的平衡常數(shù)K=2.4.
(2)一定溫度下,隨著(t-BuNO)2的起始濃度增大,其轉化率減。ㄌ睢霸龃蟆、“不變”或“減小”).
已知20℃時該反應在CCl4溶劑中的平衡常數(shù)為1.9,若將反應溶劑正庚烷改成CCl4,并保持(t-BuNO)2起始濃度相同,則它在CCl4溶劑中的平衡轉化率小于(填“大于”、“等于”或“小于”)其在正庚烷溶劑中的平衡轉化率.
(3)實驗測得該反應的△H=50.5 kJ•mol-1,活化能Ea=90.4 kJ•mol-1.下列能量關系圖合理的是C

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