Question

11．氮及其化合物在工業生產中應用廣泛，回答下列問題：
（1）已知肼N₂H₄（1）的燃燒熱為622.0kJ/mol，當用N₂O₄（1）做氧化劑時，肼可作火箭燃料，另知N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（l）△H₁=-19.5kJ•mol^-1，水的汽化焓為+44.0kJ/mol．則火箭點火時發生的熱化學方程式為N₂O₄（l）+2N₂H₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.5kJ/mol
（2）已知2NO₂（g）?N₂O₄（g），將一定量的NO₂、N₂O₄混合氣體通入容積為2L的恒容密閉容器中
①若維持容器溫度不變，反應過程中各物質的量濃度c隨時間t的變化關系如圖1所示．則a、b、c、d四個點所表示的反應體系中，氣體顏色由深到淺的順序是c＞d＞b＞a（填字母）．計算該溫度下反應的平衡常數為1.11 L/mol
②若改變溫度，平衡體系中N₂O₄的質量分數W隨溫度T的變化關系如圖2所示，則A、B、C、D、E各狀態中v（正）＜v（逆）的是D；維持T₁不變，設由E點到A點所需時間為x分鐘，維持T₂不變，設由D點到C點所需時間為y分鐘，則x＞y（填“＞”“＜”或“=”）

（3）一定條件下，某密閉容器已建立A（g）+B（g）?C（g）+D（g）△H＞0的化學平衡，其時間速率圖象如圖3所示，下列選項對于t₁時刻采取的可能操作及其平衡移動情況判斷正確的是A
A、減小壓強，同時升高溫度，平衡正向移動
B、增加B（g）濃度，同時降低C（g）濃度，平衡不移動
C、增加A（g）濃度，同時降低溫度，平衡不移動
D、保持容器溫度壓強不變通入稀有氣體，平衡不移動
（4）工業上常利用吸熱反應C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）制備氫氣，某同學為了研究反應條件對化學平衡的影響，測得反應速率與時間的關系如圖4所示．可見在t₁、t₃、t₅、t₇時反應都達到了平衡狀態，如果t₂、t₄、t₆時都只改變了一個反應條件，則從t₁到t₈哪個時間段H₂O（g）的平衡轉化率最低t₇-t₈．t₄時刻改變的條件是降低溫度．

Answer 1

分析 （1）已知①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（l），△H=-19.5kJ/mol；
②N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（l），△H=-622.0kJ/mol；
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol；
利用蓋斯定律將②×2-①-③×4可得2N₂H₄（l）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g），并以此計算反應熱；
（2）①c（NO₂）越大，顏色越深；根據圖中的數據計算出平衡時各物質的濃度，再計算平衡常數；
②D點要達平衡，必須降低N₂O₄的百分含量，也就是逆向建立平衡，E點要到達平衡，必須升高N₂O₄的百分含量，正向建立平衡，A、B、C三點都在平衡線上，所以此三點的正逆反應速率相等；
溫度越高反應速率越大，反應達到平衡時間越短；
（3）根據圖3t₁時刻改變條件后v（正）瞬間增大，v（逆）減小，v（正）＜v（逆），則平衡一定正向移動，據此分析；
（4）該反應是一個反應前后氣體體積增大的且是正反應是吸熱的化學反應，t₂時逆反應速率增大，且平衡時反應速率大于t₂時反應速率，平衡向逆反應方向移動，t₈時反應速率增大，但平衡不移動，根據外界條件對化學反應速率的影響來分析解答．

解答 解：（1）已知①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（l），△H=-19.5kJ/mol；
②N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（l），△H=-622.0kJ/mol；
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol；
利用蓋斯定律將②×2-①-③×4可得2N₂H₄（l）+N₂O₄（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.5kJ/mol，
故答案為：N₂O₄（l）+2N₂H₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.5kJ/mol；
（2）①從a到b，c（NO₂）增大，c點和d點分別是增大c（NO₂）后未達到平衡的點和平衡時的點，所以c點c（NO₂）大于d點，二氧化氮濃度越大顏色越深，故顏色由深到淺的順序是?c＞d＞b＞a，由題圖可知，平衡時c（NO₂）=0.6mol•L^-1，c（N₂O₄）=0.4mol•L^-1，故該溫度下該反應的平衡常數K=$\frac{0.4}{0．{6}^{2}}$=1.11，
故答案為：?c＞d＞b＞a；1.11；
②A、B、C三點都在平衡線上，所以此三點的正逆反應速率相等，D點要達平衡，必須降低N₂O₄的百分含量，也就是逆向建立平衡，從而得出v（正）＜v（逆），E點要達平衡，必須提高N₂O₄的百分含量，也就是正向建立平衡，從而得出v（正）＞v（逆）；
溫度越高反應速率越大，反應達到平衡時間越短，因為t₁＜t₂，所以x＞y，
故答案為：D；＞；
（3）根據圖3t₁時刻改變條件后v（正）瞬間增大，v（逆）減小，v（正）＜v（逆），則平衡一定正向移動，故A正確；
故答案為：A；
（4）t₁到t₆平衡都逆向移動，而t₆時平衡正向移動，是因為增加反應物的濃度，而C是固體，所以是增加水蒸氣的量，所以本身的轉化率降低，t₈時反應速率增大，但平衡不移動，故平衡轉化率最低t₇-t₈ （或“t₇到t₈”），t₄時刻速率都比原來速率小，平衡逆向，所以是降低溫度，
故答案為：t₇-t₈；降低溫度．

點評 本題綜合考查了蓋斯定律的應用、化學平衡和化學反應速率等知識，題目難度中等，題目涉及蓋斯定律在計算中的應用、影響反應速率的因素、化學平衡的影響因素和平衡常數的計算等，做題時注意把握影響平衡移動的因素以及平衡常數的有關計算，此為化學平衡常考查問題．