Question

20．Ⅰ．液態肼（N₂H₄）和液態雙氧水當它們混合反應時，可以產生大量氮氣和水蒸氣，并放出大量熱．已知：0.8mol液態肼與足量的液態雙氧水反應生成氮氣和水蒸氣，并放出513.2kJ的熱量．反應的熱化學方程式為：N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.5kJ/mol．
Ⅱ．在密閉容器中進行反應
①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H₁=akJ•mol-1
②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₂
③2Fe（s）+O₂（g）?2FeO（s）△H₃=b kJ•mol^-1
（1）△H₂=（b-2a）kJ•mol^-1（用含a、b的代數式表示）．
（2）反應①的化學平衡常數表達式K=$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$，已知在某溫度下時反應①的平衡常數K=2，在此溫度下2L密閉容器中進行反應①，Fe和CO₂的起始量均為6mol，達到平衡時CO₂的轉化率為66.7%，CO的平衡濃度為2mol/L．
（3）將上述平衡體系溫度升高時，再次達到平衡時體系中CO的濃度與CO₂濃度的比值增大，為了加快化學反應速率且使體系中FeO的物質的量增加，其他條件不變時，可以采取的措施有BC（填序號）．
A．縮小反應器體積               B．再通入CO₂
C．升高溫度                     D．使用合適的催化劑．

Answer 1

分析 I．反應方程式為：N₂H₄+2H₂O₂=N₂+4H₂O，計算1molN₂H₄反應放出的熱量，注明物質的聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式；
Ⅱ．（1）根據蓋斯定律，③-①×2可得②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g），反應熱也進行相應計算；
（2）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；
反應①的平衡常數K=2，由平衡常數表示可知，平衡時c（CO）=2c（CO₂），根據碳元素守恒計算平衡時c（CO）、c（CO₂），進而計算二氧化碳濃度變化量，轉化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%；
（3）將上述平衡體系溫度升高時，再次達到平衡時體系中CO的濃度與CO₂濃度的比值增大，說明平衡正向移動，則正反應為吸熱反應．
A．反應前后氣體物質的量不變，縮小反應器體積，平衡不移動；
B．再通入CO₂，二氧化碳濃度增大，反應速率加快，平衡正向移動；
C．升高溫度，反應速率加快，平衡正向移動；
D．使用合適的催化劑不影響平衡移動．

解答 解：I．反應方程式為：N₂H₄+2H₂O₂=N₂+4H₂O，0.8mol液態肼放出513.2KJ的熱量，則1mol液態肼放出的熱量為513.2kJ×$\frac{1mol}{0.8mol}$=641.5kJ，反應的熱化學方程式為：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.5kJ/mol，
故答案為：N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.5kJ/mol；
Ⅱ．（1）已知：①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H₁=akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₂
③2Fe（s）+O₂（g）?2FeO（s）△H₃=b kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，③-①×2可得②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g），故△H₂=（b-2a）kJ•mol^-1，
故答案為：（b-2a）kJ•mol^-1；
（2）①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）的平衡常數K=$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$，反應①的平衡常數K=2，由平衡常數表示可知，平衡時c（CO）=2c（CO₂），根據碳元素守恒，平衡時c（CO）+c（CO₂）=$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，聯立可得：c（CO）=2mol/L，c（CO₂）=1mol/L，二氧化碳轉化率=$\frac{3mol/L-1mol/L}{3mol/L}$×100%=66.7%，
故答案為：$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；66.7%；2mol/L；
（3）將上述平衡體系溫度升高時，再次達到平衡時體系中CO的濃度與CO₂濃度的比值增大，說明平衡正向移動，則正反應為吸熱反應．
A．反應前后氣體物質的量不變，縮小反應器體積，平衡不移動，FeO物質的量不變，故A錯誤；
B．再通入CO₂，二氧化碳濃度增大，反應速率加快，FeO的物質的量增大，故B正確；
C．升高溫度，反應速率加快，平衡正向移動，FeO的物質的量增大，故C正確；
D．使用合適的催化劑可以加快反應速率，但不影響平衡移動，FeO的物質的量不變，故D錯誤，
故選：BC．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、反應熱計算、熱化學方程式書寫等，（2）中注意對平衡常數的理解與靈活應用，難度中等．