Question

11．氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要應用，減少氮的氧化物在大氣中的排放是環境保護的重要內容之一．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l  C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l
2C（s）+O ₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
請寫出NO和CO反應的熱化學方程式2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1．
（2）N₂O₅在一定條件下可發生分解：2N₂O₅（g）=4NO₂（g）+O₂（g）．某溫度下測得恒容密閉容器中N₂O₅濃度隨時間的變化如下表：

t/min	0.00	1.00	2.00	3.00	4.00	5.00
c（N2O5）/（mol•L-1）	1.00	0.71	0.50	0.35	0.25	0.17

①反應開始時體系壓強為P₀，第3.00min時體系壓強為p₁，則p₁：p₀=1.975；2.00min～5.00min內，O₂的平均反應速率為0.055mol•L^-1•min^-1．
②一定溫度下，在恒容密閉容器中充入一定量N₂O₅進行該反應，能判斷反應已達到化學平衡狀態的是a．
a．容器中壓強不再變化              b．NO₂和O₂的體積比保持不變
c．2υ_正（NO₂）=υ_逆（N₂O₅）       d．氣體的平均相對分子質量為43.2，且保持不變
（3）N₂O₄與NO₂之間存在反應：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=QkJ•mol^-l．將一定量的N₂O₄放入恒容密閉容器中，測得其平衡轉化率[α（N₂O₄）]隨溫度變化如圖1所示．

如圖1中a點對應溫度下，已知N₂O₄的起始壓強p₀為200kPa，該溫度下反應的平衡常數K_p=213.3KPa（小數點后保留一位數字，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）．
（4）將固體氫氧化鈉投入0.1mol/L的HN₃（氫疊氮酸）溶液當中，溶液的體積1L（溶液體積變化忽略不計）溶液的pH變化如圖2所示，HN₃的電離平衡常數K=1×10^-5，B點時溶液的pH=7，計算B點時加入溶液的氫氧化鈉的物質的量0.099mol．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到NO（g）與CO（g）反應的熱化學方程式；\
（2）①相同條件下，氣體的物質的量之比等于其壓強之比；
                  2N₂O₅（g）═4NO₂（g）+O₂（g）
開始（mol/L）1.00             0             0
反應（mol/L）0.65           1.30         0.325
3min（mol/L）0.35           1.30         0.325
反應前后氣體的壓強之比等于其物質的量之比；
先計算五氧化二氮的反應速率，再根據同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比計算氧氣反應速率；
②a．容器中壓強不再變化，反應已達到化學平衡狀態，故a正確；
b．NO₂和O₂的體積比始終都不變，不能確定反應是否達到化學平衡狀態，故b錯誤；
c．υ_正（NO₂）=2υ_逆（N₂O₅）才表明達到化學平衡狀態，故c錯誤；
d．平衡時，氣體的平均相對分子質量為大于43.2，且保持不變．故d錯誤．
（3）化學平衡常數K=$\frac{生成物分壓冪之積}{反應物分壓冪之積}$；
（4）根據電荷守恒及電離常數進行計算．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
依據蓋斯定律計算③×2-①-②得到熱化學方程式  2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1 ，
故答案為：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1；
（2）①相同條件下，氣體的物質的量之比等于其壓強之比；
           2N₂O₅（g）═4NO₂（g）+O₂（g）
開始（mol/L）1.00             0             0
反應（mol/L）0.65           1.30         0.325
3min（mol/L）0.35           1.30         0.325
反應前后氣體的壓強之比等于其物質的量之比，所以p：p₀=（0.35+1.30+0.325）mol：1.00mol=1.975；
v（N₂O₅）=$\frac{0.50-0.17}{3}$mol/（L．min）=0.11mol/（L．min），再根據同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比得氧氣反應速率為0.055 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：1.975；0.055 mol•L^-1•min^-1；
②a．容器中壓強不再變化，反應已達到化學平衡狀態，故a正確；
b．NO₂和O₂的體積比始終都不變，不能確定反應是否達到化學平衡狀態，故b錯誤；
c．υ_正（NO₂）=2υ_逆（N₂O₅）才表明達到化學平衡狀態，故c錯誤；
d．平衡時，氣體的平均相對分子質量為大于43.2，且保持不變．故d錯誤．
故答案為：a；
（3）化學平衡常數K=$\frac{生成物分壓冪之積}{反應物分壓冪之積}$；
四氧化二氮的轉化率是0.4，設原來四氧化二氮的物質的量為xmol，N₂O₄轉化物質的量0.4xmol，NO₂生成的物質的量為0.8xmol，則混合氣體的物質的量=（x-0.4x+0.8x）mol=1.4xmol，相同條件下，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，所以反應后壓強=$\frac{200KPa}{{P}_{2}}$=$\frac{x}{1.4x}$，所以P₂=280KPa，
四氧化二氮的分壓=280KPa×$\frac{0.6xmol}{1.4xmol}$=120KPa，
二氧化氮的分壓=280KPa×$\frac{0.8x}{1.4x}$=160KPa，
化學平衡常數K=$\frac{生成物分壓冪之積}{反應物分壓冪之積}$=$\frac{16{0}^{2}}{120}$=213.3KPa，
故答案為：213.3KPa；
（4）由電荷守恒式c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（N₃^-）和B點時溶液的pH=7得：c（Na⁺）=c（N₃^-）
設氫氧化鈉的物質的量為xmol
依據HN₃?H⁺+N₃^-的電離平衡：K=1×10^-5=$\frac{c（{H}^{+}）•c（{N}_{3}^{-}）}{c（H{N}_{3}）}$=$\frac{1{0}^{-7}×x}{0.1-x}$
解得：x=0.099mol
故答案為：0.099．

點評 本題考查化學平衡有關計算，為高頻考點，涉及平衡計算、蓋斯定律等知識點，側重考查學生分析計算及獲取信息解答問題能力，難點是（3）題平衡常數的計算，注意分壓的計算方法，題目難度較大．