Question

1．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一．
（1）如图1是1mol NO₂气体和1mol CO气体反应生成CO₂气体和NO气体过程中能量变化示意图，请写出NO₂和CO反应的热化学方程式：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，
则反应：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）的△H=-760.3kJ•mol^-1；
（2）一定温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中充入20mol NO₂和5mol O₂发生反应：4NO₂（g）+O₂（g）?2N₂O₅（g）；已知体系中n（NO₂）随时间变化如表：

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

①写出该反应的平衡常数表达式：K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，
已知：K₃₀₀⁰_C＞K₃₅₀⁰_C，则该反应是放热反应（填“放热”或“吸热”）；
②反应达到平衡后，NO₂的转化率为49.6%，若要增大NO₂的转化率，可采取的措施有AD
A．降低温度  B．充入氦气，使体系压强增大  C．再充入NO₂  D．再充入4mol NO₂和1mol O₂
③图2中表示N₂O₅的浓度的变化曲线是c，用O₂表示从0～500s内该反应的平均速率v=0.00151 mol•L^-1•s^-1．

Answer 1

分析 （1）由图可知，1mol NO₂和1mol CO反应生成CO₂和NO放出热量368-134=234kJ，可得热化学方程式：
NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1 ①
又已知：N₂（g）+2NO₂（g）?4NO（g）△H=+292.3kJ•mol^-1②
根据盖斯定律，2×①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），反应热也进行相应计算；
（2）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
已知：K_300℃＞K_350℃，说明降低温度平衡正向移动，而降低温度平衡向放热反应方向移动；
②转化率=$\frac{物质的量变化量}{起始物质的量}$×100%；若要增大NO₂的转化率，应改变条件使平衡正向移动，但不能只增大二氧化碳的用量，否则其转化率会降低；
③N₂O₅是生成物，其初始物质的量浓度是0，达到平衡状态时生成N₂O₅物质的量=（20-10.08）mol×$\frac{1}{2}$=4.96mol，平衡时N₂O₅物质的量浓度=$\frac{4.96L}{2L}$=2.48mol/L；
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO₂），再利用速率之比等于其化学计量数之比计算v（O₂）．

解答 解：（1）由图可知，1mol NO₂和1mol CO反应生成CO₂和NO放出热量368-134=234kJ，可得热化学方程式：
NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1 ①
又已知：N₂（g）+2NO₂（g）?4NO（g）△H=+292.3kJ•mol^-1②
根据盖斯定律，2×①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），△H=（-234kJ/mol）×2-（+292.3kJ•mol^-1）=-760.3kJ•mol^-1，
故答案为：NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；-760.3kJ•mol^-1；
（2）①4NO₂（g）+O₂（g）?2N₂O₅（g）的化学平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；
已知：K_300℃＞K_350℃，说明降低温度平衡正向移动，而降低温度平衡向放热反应方向移动，故该反应为放热反应，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；放热；
②1000s时处于平衡状态，平衡时转化的二氧化氮为（20-10.08）mol=9.92mol，故二氧化氮的转化率=$\frac{9.92mol}{20mol}$×100%=49.6；
A．该反应的正反应是放热反应，降低温度平衡正向移动，能增大二氧化氮转化率，故A正确；
B．充入氦气，使体系压强增大，但反应体系中各物质浓度不变，平衡不移动，所以二氧化氮转化率不变，故B错误；
C．再充入NO₂，平衡正向移动，但转化率降低，故C错误；
D．再充入4mol NO₂和1mol O₂，等效为增大压强，平衡正向移动，二氧化氮转化率增大，故D正确；
故答案为：49.6%；AD；
若要增大NO₂的转化率，应改变条件使平衡正向移动，但不能只增大二氧化碳的用量，否则其转化率会降低；
③N₂O₅是生成物，其初始物质的量浓度是0，达到平衡状态时生成N₂O₅物质的量=（20-10.08）mol×$\frac{1}{2}$=4.96mol，平衡时N₂O₅物质的量浓度=$\frac{4.96L}{2L}$=2.48mol/L，故曲线c表示N₂O₅的浓度；
500s内v（NO₂）=$\frac{\frac{（20-13.96）mol}{2L}}{500s}$=6.04×10^-3mol•L^-1•s^-1，速率之比等于其化学计量数之比，则v（O₂）=$\frac{1}{4}$v（NO₂）=$\frac{1}{4}$×6.04×10^-3mol•L^-1•s^-1=0.00151 mol•L^-1•s^-1，
故答案为：c；0.00151 mol•L^-1•s^-1．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡图象、热化学方程式及反应热计算，注意平衡常数只受温度影响，平衡常数及其单位与方程式中化学计量数有关，难度中等．