Question

6．氮元素的單質及其化合物的研究和應用在工農業生產中有著非常重要的地位．工業制硝酸的主要反應之一是
4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-akJ．mol^-1（a＞0）
（1）如果將4mol NH₃和5molO₂放入容器中，達到平衡
時放出熱量0.8akJ，則平衡時NH₃的轉化率為80%．
（2）在一定條件下，容積固定的密閉容器中進行上述反應，NO的濃
度與時間關系如圖所示，則NO的a、b、c三點的反應速率
v（a正）、v（b逆）、v（c正）的大小關系是v（a正）＜v（b逆）=v（c正）．
（3）t℃時，在容積固定的密閉容器中發生上述反應，容器內各物質的濃度如下表：

濃度/mol．l-1	C（NH3）	C（O2）	C（NO）	C（H2O）
時間/min
起始	4.0	5.5	0	0
第2min	3.2	4.5	0.8	1.2
第4min	2.0	3.0	2.0	3.0
第6min	3.0	3.0	2.0	3.0

A．第2min時改變了條件，改變的條件可能D．（從所給選項中選擇）；
A．降低溫度    B．增加了生成物    C．減小壓強   D．使用了高效催化劑
B．在與第4min相同的溫度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的濃度為2moI/L，則該反應正反應方向進行．（填“正反應方向進行”、“逆反應方向進行”、“不移動”）．
（4）目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮氣和水，其反應機理為：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂+2H₂O（g）△H=-574KJ．mol^-1
CH₄+（g）4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160KJ．mol^-1
則1mol甲烷直接將NO₂還原為N₂的焓變為-867kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式中物質的量和焓變計算反應的氨氣物質的量，結合轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$計算；
（2）依據反應過程中一氧化氮隨反應進行濃度增大，達到平衡狀態濃度不變分析；
（3）A、先分析圖表，再根據外界對化學平衡的影響分析；
B、根據濃度商與化學平衡常數的相對大小判斷移動方向；
（4）根據題意：①$\frac{1}{2}$CH₄（g）+2NO₂（g）=2NO（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-574kJ•mol^-1）=-287kJ•mol^-1；
CH₄（g）+2NO（g）=N₂（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-1160kJ•mol^-1）=-580kJ•mol^-1；
根據蓋斯定律反應CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，根據蓋斯定律來計算反應的焓變，進而書寫熱化學方程式．

解答 解：（1）如果將4molNH₃和5molO₂放入容器中，達到平衡時放出熱量0.8akJ，則
        4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），△H=-akJ•mol^-1
起始量   4mol    5mol      0       0
焓變     4mol                                     aKJ
放熱       n                                      0.8aKJ
n=3.2mol
氨氣轉化率=$\frac{3.2mol}{4mol}$×100%=80%；
故答案為：80%；
（2）容積固定的密閉容器中進行上述反應，NO的濃度與時間關系分析可知隨反應進行，一氧化氮隨反應進行濃度增大，達到平衡狀態濃度不變，所以速率關系為：v（a正）＜v（b逆）=v（c正），
故答案為：v（a正）＜v（b逆）=v（c正）；
（3）A、根據生成物第2min及第4min時物質的量濃度的變化量知，第2min到第4min時反應速率增大，且平衡向正反應方向移動，則第2min時改變了條件，使用催化劑反應速率增大，最后達到平衡狀態，故選D；
B、第4min時，各種物質的濃度不變，說明該反應達到平衡狀態，化學平衡常數K=$\frac{2．{0}^{4}×3．{0}^{6}}{2．{0}^{4}×3．{0}^{5}}$=3.0，在與第4min相同的溫度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的濃度都為2moI/L，Q=$\frac{{2}^{4}×{2}^{6}}{{2}^{4}×{2}^{5}}$=2＜3，則平衡向正反應方向移動，故答案為：正反應方向進行；
（4）根據題意：①$\frac{1}{2}$CH₄（g）+2NO₂（g）=2NO（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-574kJ•mol^-1）=-287kJ•mol^-1；
CH₄（g）+2NO（g）=N₂（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-1160kJ•mol^-1）=-580kJ•mol^-1；
根據蓋斯定律反應CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．
所以△H=-287kJ•mol^-1-580kJ•mol^-1=-867kJ•mol^-1，
故答案為：-867kJ•mol^-1．

點評 本題考查了反應熱量變化的計算和蓋斯定律應用，化學平衡移動原理的分析判斷，平衡常數、反應速率計算，掌握基礎是關鍵，題目難度較大．