Question

18．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮元素的單質及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用．
（1）根據如圖1能量變化示意圖，請寫出NO₂和CO反應的熱化學方程式NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1．
（2）在固定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其平衡常數K與溫度T的關系如表：

T/K	298	398	498
平衡常數K	4.1×106	K1	K2

①該反應的平衡常數表達式：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$
②試判斷K₁＞K₂（填寫“＞”，“=”或“＜”）
③下列各項能說明該反應已達到平衡狀態的是c（填字母）
a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2  
b．v（N₂）正=3v（H₂）逆  
c．容器內壓強保持不變 
d．混合氣體的密度保持不變
④在某一時間段中反應速率與反應過程的曲線關系如圖2，則圖中氨的百分含量最低的時間段是D
A．t₀-t₁  B．t₂-t₃   C．t₃-t₄  D．t₅-t₆
（3）對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在溫度分別為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖3所示，下列說法正確的是CD．
a．A、C兩點的反應速率：A＞C  
b．A、C兩點的化學平衡常數：A＞C  
c．A、C兩點N₂O₄的轉化率：A＞C
d．由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法
（4）一定溫度下，在1L密閉容器中充入1molN₂和3molH₂并發生反應．若容器容積恒定，10min達到平衡時，氣體的總物質的量為原來的$\frac{7}{8}$，則N₂的轉化率a（N₂）=25%，以NH₃表示該過程的反應速率v（NH₃）=0.075mol/（L．min）．

Answer 1

分析 （1）反應熱等于正反應的活化能減去逆反應的活化能，注明物質的聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式；
（2）①化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
②正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減��；
③可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
④t₁時刻正逆反應速率都增大，平衡逆向移動，t₂時到達平衡，氨氣的含量減小，t₃-t₄段正逆速率增大相同倍數，平衡不移動，t₄ 時刻正逆速率都減小，平衡逆向移動，平衡時氨氣含量降低；
（3）a．A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快；
b．A、C兩點都在等溫線上，平衡常數只與溫度有關；
c．A、C兩點都在等溫線上，壓強增大，平衡向氣體體積減少的方向移動；
d．該反應為吸熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動；
（4）一定溫度下，在1L密閉容器中充入1molN₂和3molH₂并發生反應．若容器容積恒定，10min達到平衡時，氣體的總物質的量為原來的$\frac{7}{8}$，則混合氣體物質的量減小為（1+3）mol×（1-$\frac{7}{8}$）=0.5mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  物質的量減小△n=2
起始量（mol）：1       3        0
變化量（mol）：0.25    0.75     1             0.5
平衡量（mol）：0.75    2.25     1
轉化率=$\frac{物質的量變化量}{起始物質的量}$×100%，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃）．

解答 解：（1）該反應的焓變△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以熱化學方程式為：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1，
故答案為：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞；
③a．平衡時反應混合物中各組分的含量保持不變，平衡時各組分濃度與起始濃度及轉化率有關，但容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比不一定為1：3：2，所以不能作為平衡的標志，故a錯誤；
b．平衡時不同物質表示速率之比等于系數之比說明到達平衡，即3v（N₂）_正=v（H₂）_逆說明反應達到平衡，故b錯誤；
c．反應前后氣體體積減小，恒溫恒容下，容器內壓強減少，若壓強不變，說明反應達到平衡，故c正確；
d．反應前后氣體的質量不變，容器的體積不變，所以密度不變，所以混合氣體的密度保持不變不能作為平衡的標志，故d錯誤；
故選：c；
④t₁時刻正逆反應速率都增大，平衡逆向移動，t₂時到達平衡，氨氣的含量減小，t₃-t₄段正逆速率增大相同倍數，平衡不移動，t₄ 時刻正逆速率都減小，平衡逆向移動，平衡時氨氣含量降低，故t₅-t₆段氨氣的含量最小，
故選：D；
（3）A．A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快，所以速率：C＞A，故A錯誤；
B．A、C兩點都在等溫線上，平衡常數只與溫度有關，所以化學平衡常數：A=C，故B錯誤；
C．A、C兩點都在等溫線上，C點壓強更高，壓強增大，平衡向氣體體積減少的方向移動，即逆反應方向移動，N₂O₄的轉化率降低，所以兩點N₂O₄的轉化率：A＞C，故C正確；
D．該反應為吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，NO₂的體積分數增大，所以由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法，故D正確；
故選：CD；
（4）一定溫度下，在1L密閉容器中充入1molN₂和3molH₂并發生反應．若容器容積恒定，10min達到平衡時，氣體的總物質的量為原來的$\frac{7}{8}$，則混合氣體物質的量減小為（1+3）mol×（1-$\frac{7}{8}$）=0.5mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物質的量減小△n=2
起始量（mol）：1       3         0
變化量（mol）：0.25    0.75      1              0.5
平衡量（mol）：0.75    2.25      1
N₂的轉化率=$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%，v（NH₃）=$\frac{\frac{0.75mol}{1L}}{10min}$=0.075mol/（L．min），
故答案為：25%；0.075mol/（L．min）．

點評 本題主要考查化學平衡計算與影響因素、平衡狀態判斷、化學平衡圖象、化學平衡常數、熱化學方程式的書寫等，題目難度中等，側重對學生能力的考查，需要學生具備扎實的基礎．