Question

【題目】1799年，英國化學家漢弗萊·戴維發(fā)現(xiàn)了N2O氣體。在食品行業(yè)中，N2O可用作發(fā)泡劑和密封劑。

(1)N2O是硝酸生產(chǎn)中氨催化氧化的副產(chǎn)物，NH3與O2在加熱和催化劑的作用下生成N2O的化學方程式為_________。

(2)N2O在金粉表面發(fā)生熱分解反應：2N2O(g) ＝2N2(g)+O2(g) △H。

已知：2NH3(g) + 3N2O(g) ＝ 4N2(g) + 3 H2O(l) △H1

4NH3(g) + 3O2(g) ＝ 2N2(g) + 6H2O(l) △H2

△H= _________(用含△H1、△H2的代數(shù)式表示)。

(3)N2O和CO是環(huán)境污染性氣體，這兩種氣體會發(fā)生反應：N2O(g)+CO)(g)CO2(g)十N2(g)，“Fe+”常用作該反應的催化劑。 其總反應分兩步進行：

第一步為Fe+ +N2OFeO+ +N2；第二步為________(寫化學方程式)。

第二步反應幾乎不影響總反應達到平衡所用的時間，由此推知，第二步反應活化能_______ (填“大于”“小于”或“等于”)第一步反應活化能。

(4)在四個恒容密閉容器中充入相應量的氣體(圖甲)，發(fā)生反應2N2O(g)2N2(g)+O2(g) △H，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O的平衡轉(zhuǎn)化率如圖乙所示：

①該反應的△H________(填“＞”或“＜”)0。

②容器Ⅱ的體積為5L，在470℃下進行反應，30s后達到平衡，0～30s內(nèi)容器Ⅱ中O2的反應速率為_________mol.L-1.min-1 ；容器Ⅳ的體積為1L，容器Ⅳ中的物質(zhì)也在470℃下進行反應，起始反應速率：正(N2O)_______逆(N2O)。(填“＞”“＜”或“=”)

③圖中A、B、C三點處容器內(nèi)密度最大的點是_________(填“A”“B”或“C”)。

④已知容器Ⅰ的體積為10L，370℃時，該反應的平衡常數(shù)k=__________。

Answer 1

【答案】2NH3 ＋2O2N2O ＋ 3H2O △H1 —△H2 FeO+ +COFe+ +CO2 小于 > 0.012 < C 8.9×10-4

【解析】

(1)NH3與O2在加熱和催化劑作用下生成N2O，類似于生成NO的反應，同時生成水；

(2)根據(jù)已知焓變的熱化學方程式推導所求反應，再由蓋斯定律計算所求反應的焓變；

(3)總反應分兩步進行Fe+N2O=FeO+N2，根據(jù)催化劑定義，第一步生成中間產(chǎn)物，第二步反應中，中間產(chǎn)物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被還原成Fe+，根據(jù)催化劑定義，第二步反應對總反應速率沒有影響，說明第一步是慢反應，控制總反應速率；

(4)①升高溫度，平衡向吸熱方向移動；②根據(jù)v= 計算O2的反應速率；恒溫條件下，縮小體積，平衡向氣體總物質(zhì)的量減小的方向移動；③容器內(nèi)混合氣體密度為ρ=，據(jù)此分析解答；④根據(jù)方程式計算平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算。

(1)NH3與O2在加熱和催化劑作用下生成N2O和水，反應的化學方程式為2NH3+2O2 N2O+3H2O，故答案為：2NH3+2O2N2O+3H2O；

(2)①2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(1) △H1，②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(1) △H2，根據(jù)蓋斯定律，將(①×2-②)×得到N2O在金粉表面發(fā)生熱分解：2N2O(g)=2N2(g)+O2(g) △H=△H1-△H2，故答案為：△H1-△H2；

(3)總反應N2O(g)+CO)(g)CO2(g)十N2(g)分兩步進行，第一步：Fe++N2OFeO++N2，第二步反應中，中間產(chǎn)物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被還原成Fe+，FeO++COFe++CO2，第二步反應對總反應速率沒有影響，說明第一步是慢反應，控制總反應速率，第二步反應速率大于第一步反應速率，則第二步反應活化能小于第一步反應的活化能，故答案為：FeO++COFe++CO2；小于；

(4)①根據(jù)圖乙，升高溫度，N2O的轉(zhuǎn)化率升高，說明升高溫度，平衡向正反應方向移動，則正反應為吸熱反應，則△H＞0，故答案為：＞；

②

所以v(O2)====0.012mol/(Lmin)；容器Ⅳ的體積為1L，容器Ⅳ中的物質(zhì)也在470℃下進行反應，則縮小體積，壓強增大，平衡向逆方向移動，即起始反應速率：v正(N2O)＜v逆(N2O)，故答案為：0.012；＜；

③容器內(nèi)混合氣體密度為ρ=，反應前后質(zhì)量守恒，m不變，只需比較容器體積即可，從A→B→C，三點起始量一樣，隨著溫度升高，由于反應為吸熱反應，溫度升高有助于反應進行，導致轉(zhuǎn)化率增大，現(xiàn)要使三點的轉(zhuǎn)化率一致，所以需要加壓，相當于縮小容器體積，即VA＞VB＞VC，所以ρA＜ρB＜ρC，即圖中A、B、C三點處容器內(nèi)密度最大的點是：C，故答案為：C；

④容器I的體積為10L，370℃時，N2O的轉(zhuǎn)化率為40%，

所以K===8.9×10-4，故答案為：8.9×10-4。