Question

15．（1）某溫度下，向容積為1L的容器中充入3mol NO和1mol CO，發生2NO（g）+2CO（g）???N₂（g）+2CO₂（g）反應，NO的轉化率隨時間的變化如圖所示．
①該溫度下，化學平衡常數K=$\frac{15}{128}$（如果用小數表示，小數點后保留3位數），平衡時CO的轉化率為60%．
②A點的逆反應速率v_逆（CO）＜ （填“＞”、“＜”或“=”）B點的逆反應速率v_逆（NO）．
（2）液態肼（N₂H₄）和液態雙氧水可作為火箭推進劑的原料，它們混合時發生反應，生成N₂和水蒸氣，并放出大量的熱．已知1g液態肼完全反應生成氣態水放出的熱量為20kJ．
①H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1，寫出液態肼與液態雙氧水反應生成N₂和液態水的熱化學方程式：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（l）；△H=-816kJ/mol．
②以N₂和H₂為原料通過一定途徑可制得N₂H₄，已知斷裂1mol N-N鍵、N≡N鍵、N-H鍵、H-H鍵所需的能量分別為193kJ•mol^-1、946kJ•mol^-1、390.8 kJ•mol^-1、
436kJ•mol^-1，試寫出由N₂、H₂合成氣態肼（N₂H₄）的熱化學方程式為N₂（g）+2H₂（g）═N₂H₄（g）△H=+61.8kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1））①該溫度下，由圖象可知達到平衡時NO轉化率為20%，則NO轉化的物質的量為：3mol×20%=0.6mol，根據反應2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）可知：CO轉化了0.6mol，反應生成氮氣、二氧化碳分別為0.3mol，0.6mol，則平衡時各物質濃度分別為：c（NO）=$\frac{3mol-0.6mol}{1L}$=2.4mol/L、c（CO）=$\frac{1mol-0.6mol}{1L}$=0.4mol/L、c（N₂）=$\frac{0.3mol}{1L}$=0.3mol/L、c（CO₂）=$\frac{0.6mol}{1L}$=0.6mol/L，然后根據化學平衡常數表達式計算即可；平衡時CO的轉化率=$\frac{反應轉化的物質的量}{反應前總物質的量}$×100%；
②根據隨著反應時行反應物濃度減小，反應速率減小判斷A點的逆反應速率逆V_逆（CO）與B點的逆反應速率V_逆（NO）大小；
（2）①1g液態肼完全反應生成氣態水放出的熱量為20kJ，據此書寫熱化學風程式；結合寫出的熱化學方程式和誰轉化的熱化學方程式，根據蓋斯定律合并寫出生成液態水時的熱化學方程式進行計算；
②化學反應中，化學鍵斷裂吸收能量，形成新化學鍵放出能量，化學反應的焓變=舊鍵斷裂吸收的能量-新鍵生成釋放的能量．

解答 解：（1）①該溫度下，由圖象可知達到平衡時NO轉化率為20%，則NO轉化的物質的量為：3mol×20%=0.6mol，根據反應2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）可知：CO轉化了0.6mol，反應生成氮氣、二氧化碳分別為0.3mol，0.6mol，則平衡時各物質濃度分別為：c（NO）=$\frac{3mol-0.6mol}{1L}$=2.4mol/L、c（CO）=$\frac{1mol-0.6mol}{1L}$=0.4mol/L、c（N₂）=$\frac{0.3mol}{1L}$=0.3mol/L、c（CO₂）=$\frac{0.6mol}{1L}$=0.6mol/L，
將數據代入化學平衡常數表達式可得：K=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{2．{4}^{2}×0．{4}^{2}}$=$\frac{15}{128}$；
平衡時CO的轉化率為：$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
故答案為：$\frac{15}{128}$；60%；
②由于隨著反應時行反應物濃度減小，速率減小，故A點的逆反應速率逆V_逆（CO）小于B點的逆反應速率V_逆（NO），
故答案為：＜；
（2）①1g液態肼完全反應生成氣態水放出的熱量為20kJ，所以1mol即32g液態肼完全反應生成氣態水放出的熱量為640kJ，即①N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.63kJ/mol；②H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol；
依據蓋斯定律①+②×4得到：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（l）；△H=-816kJ/mol，
故答案為：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（l）；△H=-816kJ/mol；
②由N₂、H₂合成氣態肼（N₂H₄）的反應為：N₂（g）+2H₂（g）═N₂H₄（g）焓變=946kJ•mol^-1+2（436kJ•mol^-1）-[4（390.8kJ•mol^-1）+193kJ•mol^-1]=+61.8 kJ•mol^-1，故答案為：N₂（g）+2H₂（g）═N₂H₄（g）△H=+61.8 kJ•mol^-1．

點評 本題考查了化學平衡的計算、反應熱計算，題目難度中等，明確化學平衡及其影響為解答關鍵，注意掌握化學鍵斷裂、形成中的能力變化與焓變之間的關系，試題培養了學生的分析能力及化學計算能力．