Question

3．氮是大氣中含量豐富的一種元素，氮及其化合物在生產、生活中有著重要作用，減少氮氧化物的排放是環境保護的重要內容之一．請回答下列氮及其化合物的相關問題：
（1）據報道，意大利科學家獲得了極具研究價值的N₄，其分子結構與白磷分子的正四面體結構相似．已知斷裂1mol N-N鍵吸收167kJ熱量，生成1mol N≡N鍵放出942kJ熱量，請寫出N₄氣體轉變為N₂反應的熱化學方程式：N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol．
（2）在T₁℃時，將5mol N₂O₅置于10L固定容積的密閉容器中發生下列反應：2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g）；△H＞0．反應至5分鐘時各物質的濃度不再發生變化，測得NO₂的體積分數為50%．
①求該反應的平衡常數K=$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{2}}$（數字代入式子即可），上述平衡體系中O₂的體積分數為12.5%．
②用O₂表示從0～5min內該反應的平均速率υ（O₂）=0.02mol/（L•min）．
③將上述平衡體系的溫度降至T₂℃，密閉容器內減小的物理量有AC．
A．壓強      B．密度       C．反應速率       D．N₂O₅的濃度
（3）在恒溫恒容的密閉容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂（g）?N₂O₄（g），平衡時N₂O₄與NO₂的物質的量之比為a，其它條件不變的情況下，分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，平衡后引起的變化正確的是B．
A．都引起a減小   
B．都引起a增大   
C．充入NO₂引起a減小，充入N₂O₄引起a增大
D．充入NO₂引起a增大，充入N₂O₄引起a減小．

Answer 1

分析 （1）N₄氣體轉變為N₂氣體先破壞N₄分子N-N鍵吸收能量，再生成N₂分子形成N≡N鍵放出能量，注意一個N₄分子中含有6個N-N鍵，根據能量的變化寫出熱化學反應方程式；
（2）根據三段式計算出各組分的物質的量的變化量、平衡時各組分的物質的量；
①平衡常數指生成物濃度的系數次冪之積與反應物濃度系數次冪之積的比值，即k=$\frac{c{（{O}_{2}）×c}^{4}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}$；根據體積分數等于氧氣物質的量除以混合氣體總物質的量計算O₂的體積分數；
②根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（O₂）；
③該反應為吸熱反應，降低溫度平衡向逆反應進行，再根據選項具體分析；
（3）平衡后分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，相當于增大體系壓強，二氧化氮平衡轉化率增大，平衡時N₂O₄與NO₂的物質的量之比為a增大．

解答 解：（1）根據原子守恒知，一個N₄分子生成2個N₂分子，一個N₄分子中含有6個N-N鍵，破壞1molN₄分子中含有6molN-N鍵需要吸收167kJ/mol×6mol=1002kJ能量；生成2molN≡N鍵放出942kJ/mol×2mol=1884kJ能量，所以該反應放出1884kJ-1002kJ=882kJ能量，所以熱化學反應方程式為N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol，
故答案為：N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol；
（2）令平衡時O₂的物質的量為nmol，則
    對于反應 2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g），
開始（mol）：5            0         0
變化（mol）：2n           4n        n
平衡（mol）：5-2n         4n        n
所以$\frac{4n}{（5-2n）+4n+n}$×100%=50%，解得n=1，
①由上述計算知平衡時N₂O₅3mol、NO₂4mol、O₂1mol．所以平衡時N₂O₅的濃度為$\frac{3mol}{10L}$=0.3mol/L，平衡時NO₂的濃度為$\frac{4mol}{10L}$=0.4mol/L，平衡時O₂的濃度為$\frac{1mol}{10L}$=0.1mol/L，
所以平衡常數k=$\frac{c{（{O}_{2}）×c}^{4}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}$=$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{2}}$，
平衡時O₂的物質的量為NO₂的$\frac{1}{4}$，所以O₂的體積分數也為NO₂的體積分數的$\frac{1}{4}$，
所以O₂的體積分數為$\frac{1}{4}$×50%=12.5%，
故答案為：$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{2}}$；12.5%；
②由上述計算知平衡時O₂的質的量為1mol，
從0～5min內用O₂表示該反應的平均速率v（O₂）=$\frac{\frac{1mol}{10L}}{5min}$=0.02mol/（L•min），
故答案為：0.02mol/（L•min）；
③A．該反應正反應為吸熱反應，降低溫度平衡向逆反應進行，由于反應前氣體體積比反應后小，所以壓強減小，故A正確；
B．都為氣體，總質量不變，體積不變，所以密度不變，故B錯誤；
C．溫度降低，反應速率降低，故C正確；
D．該反應正反應為吸熱反應，降低溫度平衡向逆反應進行，N₂O₅的濃度增加，故D錯誤；
故選：AC；
（3）在恒溫恒容的密閉容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂（g）?N₂O₄（g），平衡后分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，相當于增大體系壓強，二氧化氮平衡轉化率增大，平衡時N₂O₄與NO₂的物質的量之比為a增大；
故答案為：B．

點評 本題考查了反應熱、原電池電極反應、平衡常數反應速率的影響因素分析判斷，化學平衡移動、化學平衡常數及計算等，難度中等，考查學生分析和解決問題的能力和對知識的掌握．