Question

6．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用，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）圖1是1mol NO₂氣體和1mol CO氣體反應生成CO₂氣體和NO氣體過程中能量變化示意圖，請寫出NO₂和CO反應的熱化學方程式：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；
已知：N₂ （g）+2NO₂ （g）?4NO（g）△H=+292.3kJ•mol^-1，
則反應：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g） 的△H=-760.3kJ•mol^-1；
（2）一定溫度下，在體積為2L的恒容密閉容器中充入20mol NO₂和5mol O₂發生反應：4NO₂（g）+O₂（g）?2N₂O₅（g）；已知體系中n（NO₂）隨時間變化如表：

t（s）	0	500	1000	1500
n（NO2）（mol）	20	13.96	10.08	10.08

①寫出該反應的平衡常數表達式：K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$，已知：K₃₀₀⁰_C＞K₃₅₀⁰_C，則該反應是放熱反應（填“放熱”或“吸熱”）；
②反應達到平衡后，NO₂的轉化率為49.6%，若要增大NO₂的轉化率，可采取的措施有AD
A．降低溫度      B．充入氦氣，使體系壓強增大
C．再充入NO₂    D．再充入4mol NO₂和1mol O₂
③圖2中表示N₂O₅的濃度的變化曲線是c，用O₂表示從0～500s內該反應的平均速率v=1.51×10^-3mol•L^-1•s^-1．

Answer 1

分析 （1）根據能量變化圖，反應熱等于=正反應的活化能減去逆反應的活化能，結合熱化學方程式的書寫規則書寫；利用寫出的熱化學方程式，結合給出的熱化學方程式，利用蓋斯定律，獲得所需熱化學方程式的焓變；
（2）①化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值；溫度低，化學平衡常數大，則正反應放熱；
②NO₂轉化率為已轉化的NO₂物質的量與起始物質的量的百分比；增大NO₂的轉化率，促進反應的正向移動即可；
③N₂O₅為生成物且反應為可逆反應，反應不可能進行到底，以此判斷表示N₂O₅的濃度的變化曲線；求出NO₂的反應速率，利用反應速率之比等于計量數之比，求得O₂的平均速率．

解答 解：（1）該反應的焓變△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以熱化學方程式為：①NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；②N₂ （g）+2NO₂ （g）?4NO（g）△H=+292.3kJ•mol^-1，反應①×2-②，可得到：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），△H=-760.3kJ•mol^-1；
故答案為：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；-760.3kJ•mol^-1；
（2）①化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值，即K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；溫度低，化學平衡常數大，則正反應放熱，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；放熱；
②轉化的NO₂的物質的量為20mol-10.08mol=9.92mol，轉化率為$\frac{9.92mol}{20mol}×100%$=49.6%；
A、該反應為放熱反應，降低溫度，化學平衡向右移動，故A正確；
B、反應氣體濃度不變，化學平衡不移動，故B錯誤；
C、再充入NO₂，轉化的物質的量增大，但是起始的物質的量增大較多，轉化率降低，故C錯誤；
D、加入氣體比例與原平衡NO₂的轉化率相同，由于加入氣體后，體系壓強增大，NO₂的轉化率增大，故D正確；
故答案為：49.6%；AD；
③N₂O₅為生成物濃度增大，反應為可逆反應，不可能進行到底，即N₂O₅的濃度不可能達到5mol/L；NO₂從0～500s的化學反應速率為：$\frac{（20-13.96）mol}{2L•500s}$=6.04×10^-3mol•L^-1•s^-1，則O₂速率為$\frac{6.04×10-3mol•{L}^{-1}•{s}^{-1}}{4}$=1.51×10^-3mol•L^-1•s^-1，
故答案為：c；1.51×10^-3mol•L^-1•s^-1．

點評 本題綜合考查化學平衡影響因素、化學平衡的計算，為高考常見題型和高頻考點，側重于學生的分析、計算能力的考查，題目計算量較大，難度較大，關鍵是構建平衡建立的等效途徑，注意從正、逆不同方向建立的等效平衡轉化率、反應熱的關系．