Question

16．氨在生活、生产、科研中有广泛用途，而氮的氧化物则是造成大气污染的主要物质．
（1）已知：2NH₃（g）+3Cl₂ （g）=N₂（g）+6HCl（g）△H=-462kJ/mol
N₂（g）$\stackrel{945kJ•mol-1}{→}$2N（g）、Cl₂（g）$\stackrel{243kJ•mol-1}{→}$2Cl（g）
则，断开1mol H-N键与断开1mol H-Cl键所需能量相差约为41KJ．
（2）用NH₃催化还原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．如有反应4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H＜0，相同条件下在2L密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产生N₂的量随时间变化如图所示．

①计算0～4分钟在A催化剂作用下，反应速率 υ（NO）=0.3125mol•L^-1•min^-1；
②下列说法正确的是CD；
A．该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
B．使用催化剂A达平衡时，N₂最终产率更大
C．单位时间内氢氧键与氮氢键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当平衡常数不变时，说明反应已经达到平衡
（3）用活性炭还原法的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，恒温（T₁℃）调节按下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如表：

浓度/mol•L-1 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是分离出二氧化碳．
②若30min后，在温度不变的情况下，再向容器中充入一定量NO，平衡向正反应方向（填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不”）移动，达新平衡时NO的体积分数等于（填“大于”、“小于”或“等于”）旧平衡时NO的体积分数
③若30min后只升温至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）；从反应开始到T₂℃平衡时，NO的转化率为54.5%（保留三位有效数字）

Answer 1

分析 （1）设1molH-N键能为x，1molH-Cl键能为y，根据△H=反应物键能之和-生成物键能之和计算；
（2）①已知4分钟时氮气为2.5mol，根据v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$计算；
②A．相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低；
B．催化剂改变反应速率不改变化学平衡；
C．单位时间内H-O键断裂表示逆速率，N-H键断裂表示正速率，正逆速率相同则反应已经达到平衡；
D．该反应为放热反应，恒容绝热的密闭容器中，反应时温度会升高，则K会减小；
（3）向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，反应生成氮气和二氧化碳；
①根据表中数值知，NO、二氧化碳的浓度减小，氮气的浓度增大，说明改变条件是分离出二氧化碳物质；
②若30min后，在温度不变的情况下，再向容器中充入一定量NO，对平衡来说相当于增大压强，反应前后气体体积不变，压强增大平衡不变，达新平衡时NO的体积分数不变；
③根据浓度比值的变化来确定移动方向，结合三行计算列式计算．

解答 解：（1）设1molH-N键能为x，1molH-Cl键能为y，根据△H=反应物键能之和-生成物键能之和，-462=6x+3×243-（945+6y），x-y=41kJ，
故答案为：41；
（2）①已知4分钟时氮气为2.5mol，则生成的N₂为2.5mol，所以v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{2.5mol}{2L}}{4min}$=0.3125mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.3125mol•L^-1•min^-1；
②A．相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低，所以该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A错误；
B．使用催化剂A达平衡时，改变反应速率不改变化学平衡，N₂最终产率不变，故B错误；
C．单位时间内H-O键断裂表示逆速率，N-H键断裂表示正速率，单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，则消耗的NH₃和消耗的水的物质的量之比为4：6，则正逆速率之比等于4：6，说明反应已经达到平衡，故C正确；
D．该反应为放热反应，恒容绝热的密闭容器中，反应时温度会升高，则K会减小，当K值不变时，说明反应已经达到平衡，故D正确；
故答案为：CD；
（3）①根据表中数值知，NO、二氧化碳的浓度减小，氮气的浓度增大，说明改变条件是分离出二氧化碳物质，故答案为：分离出了二氧化碳；
②向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，反应生成氮气和二氧化碳，反应的化学方程式为：C+2NO?N₂+CO₂，加入NO反应正向进行，对平衡来说相当于增大压强，反应前后气体体积不变，压强增大平衡不变，达新平衡时NO的体积分数不变，
故答案为：正反应方向；等于；
③30min时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比=0.040：0.030：0.030=4：3：3，30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则平衡向逆反应方向移动，所以逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，则△H＜0，从反应开始到T₂℃平衡时设平衡浓度为5x、3x、3x，反应前后气体物质的量不变得到：5x+3x+3x=0.1，x=$\frac{0.1}{11}$，
                            C+2NO?N₂+CO₂，
起始量（mol/L）       0.1        0       0
变化量（mol/L） 0.1-$\frac{0.5}{11}$   $\frac{0.3}{11}$   $\frac{0.3}{11}$         
平衡量（mol/L）     $\frac{0.5}{11}$      $\frac{0.3}{11}$     $\frac{0.3}{11}$
NO转化率=$\frac{0.1-\frac{0.5}{11}}{0.1}$×100%=54.5%，
故答案为：＜；54.5%．

点评 本题考查了反应焓变和键能的计算关系、化学平衡影响因素、化学平衡化学反应速率计算、掌握基础是解题关键，题目难度中等．