Question

2．合理應用和處理含氮的化合物，在生產生活中有重要意義．
（1）用活化后的V₂O₅作催化劑，氨氣將NO還原成N₂的一種反應歷程如圖1所示．

寫出總反應化學方程式4NH₃+4NO+O₂ $\frac{\underline{\;V_{2}O_{5}\;}}{\;}$4N₂+6H₂O．
（2）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-94.4gKJ•mol^-1，恒容時，體系中各物質濃度隨時間變化的曲線如圖2所示．
①在2L容器中發生反應，前20min內，v（NH₃）=0.050mol（L•min）^-1，放出的熱量為94.4gKJ．
②25min時采取的措施是將NH₃從反應體系中分離出去．
③時段III條件下，反應的平衡常數表達式為$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$（只列計算表達式，不計算）．
（3）用氨氣制取尿素[CO（NH₂）₂]的反應：2NH₃（g）+CO₂（g）?0CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H＜0．某溫度下，向容器為0.1L的密閉容器中通入4molNH₃和2molCO₂，該反應進行到40s時，達到平衡，此時CO₂的妝花率為50%．圖3中的曲線表示在前25s內NH₃的濃度隨時間的變化而變化．其他條件不變，請在圖3中用實線畫出使用催化劑后c（NH₃）隨時間的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）用V₂O₅作催化劑，NH₃可將NO還原成N₂，結合反應歷程圖可知反應物還有氧氣，生成物為N₂和H₂O，配平即得反應方程式；
（2）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算出前20min內氨氣的平均反應速率v（NH₃），根據達到平衡時生成氨氣的物質的量及熱化學方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1計算出放出的熱量；
②根據25min時氨氣的物質的量變為0，而氮氣和氫氣的物質的量不變進行解答，改變的條件是分離出氨氣；
③根據時段Ⅲ條件下達到平衡時各組分的濃度及平衡常數等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積進行解答；
（3）催化劑改變反應速率不改變化學平衡，依據催化劑的作用畫出圖象．

解答 解：（1）用V₂O₅作催化劑，NH₃可將NO還原成N₂，結合反應歷程圖可知反應物還有氧氣，生成物為N₂和H₂O，配平即得反應方程式為4NH₃+4NO+O₂$\frac{\underline{\;V_{2}O_{5}\;}}{\;}$4N₂+6H₂O，
故答案為：4NH₃+4NO+O₂$\frac{\underline{\;V_{2}O_{5}\;}}{\;}$4N₂+6H₂O；
（2）①根據圖象可知，20min時氨氣的物質的量濃度為1.00mol/L，所以氨氣的平均反應速率為：v（NH₃）=$\frac{1.00mol/L}{20min}$=0.050mol（L•min）^-1；
達到平衡時生成的氨氣的物質的量為：1.00 mol/L×1L=1.00mol，
根據N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1可知生成2.00mol氨氣放出的熱量為94.4kJ，
故答案為：0.050mol（L•min）^-1； 94.4kJ；
②25min時氨氣的物質的量迅速變為0而氮氣、氫氣的物質的量不變，之后氮氣、氫氣的物質的量逐漸減小，氨氣的物質的量逐漸增大，說明25min時改變的條件是將NH₃從反應體系中分離出去，
故答案為：將NH₃從反應體系中分離出去；
③時段Ⅲ條件下，反應為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），圖象方向可知平衡狀態下[N₂]=0.25mol/L，[NH₃]=0.50mol/L，[H₂]=0.75mol/L，該反應的化學平衡常數為：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（{N}_{2}）}$=$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$，
故答案為：$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$；
（3）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g），反應進行到40s時達到平衡，反應達到平衡時CO₂的轉化率為50%，消耗二氧化碳濃度20mol/L×50%=10mol/L；
                           2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  40               20                 0                     0
變化量（mol/L）  20               10                0                    10
平衡量（mol/L）  20               10                 0                    10
若反應延續至70s，保持其它條件不變情況下，使用催化劑時，改變反應速率，不改變化學平衡，曲線的轉折點在橫坐標40之前，縱坐標必需在20的線上，該反應的進程曲線為如圖所示：，
故答案為：．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡影響因素分析、化學平衡的計算等知識，題目難度中等，注意掌握化學平衡及其影響因素，試題培養了學生的分析能力及靈活應用能力．