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5.对含氮物质的研究和利用有着极为重要的意义.
(1)N2、O2和H2相互之间可以发生化合反应,已知反应的热化学方程式如下:
N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180kJ•mol-1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483kJ•mol-1
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H=-93kJ•mol-1
则氨的催化氧化反应的热化学方程式为4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H=-903kJ•mol-1
(2)汽车尾气净化的一个反应原理为:2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H<0.
    一定温度下,将2.8mol NO、2.4mol CO通入固定容积为2L的密闭容器中,反应过程中部分物质的物质的量变化如图1所示.
①NO的平衡转化率为28.57%,0~20min平均反应速率v(NO)为0.02mol/(L•min);该温度下的化学平衡常数数值是0.05.25min时,若保持反应温度不变,再向容器中充入CO、N2各0.8mol,则化学平衡将向左 移动(填“向左”、“向右”或“不”).
②下列可说明该反应已经达到平衡的是cd.
a. v生成(CO2)=v消耗(CO)
b.混合气体的密度不再改变
c.混合气体的平均相对分子质量不再改变
d.单位时间内消耗2n mol CO2的同时生成n mol N≡N
e.NO、CO、N2、CO2的浓度相等
③反应达到平衡后,改变某一个条件,如图2曲线①〜⑧中正确的是①⑤⑦

分析 (1)依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式,反应的热化学方程式改变系数,焓变随之改变,通过热化学方程式之间的加减计算得到;
(2)①由图可知,20min到达平衡,平衡时生成氮气为0.4mol,由方程式可知消耗NO为0.4mol×2=0.8mol,转化率=$\frac{物质的量变化量}{起始物质的量}$×100%,根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(NO);
若保持反应温度不变,再向容器中充入CO、N2各0.8mol,化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值,由平衡常数表达式可知,浓度商Qc>K,平衡逆向移动;
②化学平衡的标志是正逆反应速率相同,各组分含量保持不变,据此分析选项;
③平衡常数只受温度影响,升高温度平衡向吸热反应移动,该反应正反应为放热反应,故升高温度平衡向逆反应移动;
催化剂只改变化学反应速率,不改变化学平衡,物质转化率不变;
平衡常数只受温度影响,温度不变平衡常数不变,与物质的浓度无关;
压强增大,平衡正向进行,增大氮气的物质的量,氮气的浓度增大.

解答 解:(1)已知:①N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.5kJ•mol-1
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483kJ•mol-1
③N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H=-93kJ•mol-1
根据盖斯定律,②×3+①×2-③×2可得:4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H=[3×(-483kJ•mol-1)+(+180.5kJ•mol-1)×2-2×(-93kJ•mol-1)]=-903kJ•mol-1
故答案为:4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H=-903kJ•mol-1
(2)①由图可知,20min到达平衡,平衡时生成氮气为0.4mol,由方程式可知消耗NO为0.4mol×2=0.8mol,NO转化率=$\frac{0.8mol}{2.8mol}$×100%=28.57%,v(NO)=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{20min}$=0.02mol/(L•min),若保持反应温度不变,再向容器中充入CO、N2各0.8mol,
      2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H<0.
始   2.8mol      2.4mol         0              0
变   0.8mol     0.8mol        0.4mol       0.8mol
终  2.0mol      1.6mol        0.4mol       0.8mol
化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值,该温度下的化学平衡常数K=$\frac{c({N}_{2})×{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$=$\frac{\frac{0.4}{2}×(\frac{0.8}{2})^{2}}{(\frac{2.0}{2})^{2}×(\frac{1.6}{2})^{2}}$=0.05,25min时,若保持反应温度不变,再向容器中充入CO、N2各0.8mol,
     2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)
      2       1.6+0.8=2.4   0.8+0.4=1.2   0.4
Q=$\frac{(\frac{0.4}{2})^{2}×\frac{1.2}{2}}{(\frac{2}{2})^{2}×(\frac{2.4}{2})^{2}}$=0.017>K,浓度商Qc>K,平衡逆向移动;
故答案为:28.57%;0.02mol/(L•min);0.05;向左;
②2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H<0.
a. v生成(CO2)表示V正,v消耗(CO)表示V正,所以不能表示到达平衡,故a错误;
b.反应前后都为气体,在密闭容器中,反应前后质量不变,混合气体的密度ρ=$\frac{m}{v}$始终保持不变,所以不能判断,故b错误;
c.反应前后质量不变,但反应后气体的体积减小,所以当混合气体的平均相对分子质量不再改变,能判断达到平衡,故c正确;
d.单位时间内消耗2n mol CO2的表示V逆,同时生成n mol N≡N表示V正,且符合其系数比,能判断达到平衡,故d正确;
e.达到平衡不必必须满足NO、CO、N2、CO2的浓度相等,所以不能判断达到平衡,故e错误;
故答案为:cd;
③平衡常数只受温度影响,升高温度平衡向吸热反应移动,该反应正反应为放热反应,故升高温度平衡向逆反应移动,平衡常数减小,故①正确②错误;
催化剂只改变化学反应速率,不改变化学平衡,物质转化率不变,故③④错误;
平衡常数只受温度影响,温度不变平衡常数不变,与物质的浓度无关,故⑤正确⑥错误;
压强增大,平衡正向进行,增大氮气的物质的量,氮气的浓度增大,⑦正确⑧错误;
综上所述①⑤⑦正确;
故答案为:①⑤⑦.

点评 本题考查了反应热的计算、化学平衡的有关计算、影响平衡常数的因素、化学平衡的移动与图象等,会根据反应方程式计算化学平衡常数,利用化学平衡常数与浓度商的关系确定反应方向,理解外界条件对平衡的影响是解答关键,题目难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

1.某校化学兴趣小组的同学在完成课本乙醇制乙醛的实验后,改进了实验方案(如图)按下列顺序进行如下实验操作.
①连接好仪器,检验装置的气密性;
②正确添加试剂;
③点燃C装置中的酒精灯;
④向圆底烧瓶中滴加10%过氧化氢溶液;
⑤点燃B装置中的酒精灯加热无水乙醇至沸腾并持续加热.
根据以上所有内容回答下列问题:
(1)装置e的作用是冷凝收集产品,并防止倒吸;
(2)写出d中发生反应的化学方程式2Cu+O2$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2CuO、CH3CH2OH+CuO$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$CH3CHO+Cu+H2O;
(3)为检验D中收集的产物中是否含有乙醛,甲同学利用银氨溶液检验,请写出'化学反应方程式CH3CHO+2Ag(NH32OH$\stackrel{水浴}{→}$CH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O;
(4)该兴趣小组的同学还对乙醛进行银镜反应的最佳实验条件进行了探究(部分实验数据如表):
实验变量
实验序号
银氨溶液的S/mL乙醛的量/滴温度/℃反应混合液的pH值出现银镜的时间/min
11365115
21345116.5
31565114
①实验1和实验2,探究的实验目的是温度对反应速率的影响.
②当银氨溶液的量为lmL,乙醛的量为3滴,温度为55℃,反应混合液pH为11时,出现银镜的时间为5~6.5min.(填范围)
(5)若试管中收集到的液体用紫色石蕊试液检验,溶液显红色,说明液体中还含有乙酸
(填物质名称),要除去该物质,可先在混合液中加入C(填写下列选项中的字母),然
后再通过蒸馏(填操作名称)即可除去.
A.饱和NaCl溶液      B.C2H5OH           C.NaHCO3溶液          D.CCl4

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

2.碳元素形成的单质具有平面层状结构,同一层中的原子构成许许多多的正六边形,此单质与熔触的钾相互作用,形成某种青铜色的物质(其中的元素钾用“●”表示),原子分布如图所示,该物质的化学式为KC8

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

13.氨基甲酸铵(NH2COONH4,简称甲铵)是CO2和NH3制尿素的中间产物,其中CO2与NH3反应生成甲铵的能量变化如图所示.
(1)图中反应为可逆反应,则生成甲铵的反应是放热(填“放热”或“吸热”)反应.
(2)合成甲铵的热化学方程式为CO2(g)+2NH3(g)=H2NCOONH4(s)△H=-(b-c)KJ/mol.
(3)对于同一反应,图中虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比,活化能大大降低,其原因是II使用了催化剂,改变了反应的途径,大大降低了活化能.
(4)已知由甲铵合成尿素的反应为NH2COONH4(s)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO(NH22(s)+H2O(l)△H=+dkJ•mol-1,则由CO2(g)和NH3(g)直接合成固态尿素并生成液态水的热化学方程式为CO2(g)+2NH3(g)=CO(NH22(l),△H=(-b+c+d)KJ/mol.

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

20.CH4和CO2可以制造价值更高的化学产品.已知:
CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H1=a kJ/mol
CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H2=b kJ/mol
2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H3=c kJ/mol
(1)写出由甲烷与二氧化碳制一氧化碳和氢气的热化学方程式:CH4(g)+CO2(g)?CO(g)+2H2(g)△H=(a+2b-2c)kJ/mol.
(2)一定条件下,等物质的量的(1)中反应生成的气体可合成二甲醚(CH3OCH3),同时还产生了一种可参与大气循环的无机化合物,该反应的化学方程式为3CO+3H2═CH3OCH3+CO2

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

10.某兴趣小组的同学三次实验测得钢质容器中1L水的温度变化如表所示(水的比热容c=4.18J•g-1•℃-1):
实验编号 实验前温度/℃ 实验后温度/℃
 ① 24.8 33.8
 ② 24.7 33.7
 ③ 24.935.9
①1.2g碳完全燃烧放出的热量为37.62KJ.
②写出碳完全燃烧的热化学方程式:C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-376.2KJ/mol.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

17.用CO合成尿素的反应为:2NH3(g)+CO(g)?CO(NH22(g)+H2(g)△H<0.
(1)T℃时,向体积为2L的恒容密闭容器中,充入2molNH3和1mol CO发生反应.
①5min时反应达到平衡状态,CO的转化率为80%,则5min内NH3的平均反应速率为0.16mol?L-1?min-1,此温度下反应的平衡常数K的值为40.
②对该反应,下列说法正确的是CD(填字母).
A.若容器内气体密度不变,则表明反应达到平衡状态
B.反应达到平衡后,其它条件不变,升高温度,尿素的百分含量增大
C.反应达到平衡后,其它条件不变,在原容器中充入一定量氦气,CO的转化率不变
D.反应达到平衡后,其它条件不变,充入一定量NH3,平衡向正反应方向移动,但K值不变
(2)若保持恒温恒容条件,将物质的量之和为3mol的NH3和CO以不同的氨碳比进行反应,结果如图所示:若图中c表示平衡体系中尿素的体积分数,则b表示NH3的转化率.当尿素含量最大时,则$\frac{n(N{H}_{3})}{n(CO)}$=2,此时,对于该反应既能增大反应速率又能提高尿素体积分数的措施为增大压强.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.下列温室气体中,和 CO2一样,既是非极性分子,所有的原子又都达到8电子稳定结构的是(  )
A.N2OB.CF2=CF2C.CCl2F2D.SF6

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

15.氯的含氧酸根离子有ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4-等,有关它们的下列说法正确的是(  )
A.ClO-中氯元素显+1价,具有很强的还原性
B.这些离子结合H+的能力,ClO4-最强
C.ClO3-是NO3-的等电子体,其空间构型为平面三角形
D.ClO2-、ClO3-、ClO4-中的氯原子都采取sp3杂化,离子中相邻两个Cl-O键间键角依次增大

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