Question

9．氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料．
（1）氫氣燃燒熱值高．實驗測得，在常溫常壓下1gH₂完全燃燒生成液態(tài)水，放出142.9kJ熱量．則表示H₂燃燒熱的熱化學方程式為H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol．又已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，則氨在空氣中燃燒生成液態(tài)水和氮氣時的熱化學方程式為4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1530kJ/mol．
（2）氫氣是合成氨的重要原料．
①當合成氨反應達到平衡后，改變某一外界條件（不改變 N₂、H₂和NH₃的量），反應速率與時間的關系如圖一所示．

圖中t₁時引起平衡移動的條件可能是增大壓強，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段時間是t₂-t₃．
②溫度為T℃時，將2a molH₂和a molN₂放入0.5L密閉容器中，充分反應后測得N₂的轉化率為50%．則反應的平衡常數為$\frac{4}{{a}^{2}}$．
③氨催化氧化可以制硝酸，此過程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．對于反應：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如下圖二所示．
下列說法正確的是abe．
a．A、C兩點的反應速率：A＜C
b．A、C兩點的氣體顏色：A淺，C深
c．B、C兩點的氣體平均相對分子質量：B＜C
d．A、C兩點的化學平衡常數：A＞C
e．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法．

Answer 1

分析 （1）1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時放出142.9kJ熱量，2g氫氣燃燒生成液態(tài)水放熱285.8KJ，燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，結合熱化學方程式書寫；根據蓋斯定律進行判斷；
（2）根據圖象分析影響平衡的因素；
②依據影響平衡的因素分析判斷平衡移動，計算出平衡時各物質的濃度；
③N₂O₄（g）═2NO₂（g）△H＞0，該反應為吸熱反應，升高溫度，化學平衡正向移動，NO₂的體積分數增大；增大壓強，化學平衡逆向移動，NO₂的體積分數減�。�
a．A、C兩點在等溫線上，壓強越大，反應速率越快；
b．增大壓強平衡向逆反應進行，向逆反應進行是減小由于壓強增大導致濃度增大趨勢，但到達平衡仍比原平衡濃度大；
c．B、C兩點相同物質的含量相同，即二氧化氮與四氧化二氮的物質的量之比相等；
d．A、C兩點溫度相等，則平衡常數相同；
e．壓強相同，升高溫度，化學平衡正向移動，NO₂的體積分數增大；

解答 解：（1）1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時放出142.9kJ熱量，2g氫氣燃燒生成液態(tài)水放熱285.8KJ，則氫氣燃燒熱的熱化學方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ•mol^-1①
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；②
將方程式②×6-①×2得目標方程式，4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1530kJ/mol，
故答案為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1530kJ/mol；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，反應是放熱反應，反應前后氣體體積減小，
①依據反應速率與時間的關系圖象分析，t₁時正逆反應速率都增大，平衡正向移動，引起平衡移動的條件可能是增大壓強；t₁-t₂平衡正向移動，t₃-t₄平衡逆向移動，t₅-t₆平衡不移動，所以表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段時間是t₂-t₃，故答案為：增大壓強；t₂-t₃；
②若在恒溫、恒壓條件下向平衡體系中通入氬氣，為保持恒壓，體積增大，平衡向逆向進行；催化劑改變反應速率，不改變化學平衡，反應焓變不變；溫度為T℃時，將2a mol H₂和 a mol N₂放入0.5L密閉容器中，充分反應后測得N₂的轉化率為50%．則反應的平衡常數可以列出三段式計算平衡濃度，依據平衡常數概念計算：
              N₂（g）+3H₂（g）?2NH₂（g）
開始（mol/L）  2a        4a        0
反應（mol/L）  a         3a       2a  
平衡（mol/L）  a         a        2a
所以化學平衡常數K=$\frac{（2a）^{2}}{a×{a}^{3}}$=$\frac{4}{{a}^{2}}$，故答案為：$\frac{4}{{a}^{2}}$；
③a．由圖象可知，A、C兩點在等溫線上，C的壓強大，則A、C兩點的反應速率：A＜C，故a正確；
b．A、C兩點都在等溫線上，C的壓強大，與A相比C點平衡向逆反應進行，向逆反應進行是由于減小體積增大壓強，平衡移動的結果降低NO₂濃度增大趨勢，但到達平衡仍比原平衡濃度大，平衡時NO₂濃度比A的濃度高，NO₂為紅棕色氣體，則A、C兩點氣體的顏色：A淺，C深，故b正確；
c．B、C兩點相同物質的含量相同，即二氧化氮與四氧化二氮的物質的量之比相等，則平均相對分子質量相等，故c錯誤；
d．A、C兩點溫度相等，則平衡常數相同，故d錯誤；
e．升高溫度，化學平衡正向移動，NO₂的體積分數增大，由圖象可知，A點NO₂的體積分數大，則T₁＜T₂，由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故e正確，
故選：abe．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡圖象、平衡常數、反應熱計算等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．