Question

10．对N₂、NO、NO₂等物质的研究有着重要的应用价值．
（1）已知：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ•mol^-1
写出常温、常压下，N₂在催化剂条件下与水反应的热化学反应方程式2N₂（g）+6H₂O（1）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol．
（2）汽车排气管上安装催化转化器可消除汽车尾气对环境的污染，发生如下反应：
2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0
若在一定温度下，将1.4mol NO、1.2molCO充入2L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图1所示．

①能说明该反应已达到平衡状态的是bd（填序号）；
a．2v_正（NO）=v_逆（N₂） b．气体总压不变
c．c（CO₂）=c（CO） d．混合气体的相对分子质量
②该反应的化学平衡常数K=0.2；
③从反应开始到5min，生成了0.05mol N₂，则5min 内v（CO₂）=0.01mol•L^-1•min^-1，若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，平衡将向左 移动（填“向左”、“向右”或“不”）；
④20min时，若改变反应条件，导致CO浓度发生如图1所示的变化，则改变的条件可能是c（填号）．
a．缩小容器体积   b．增加NO的浓度        c．升高温度         d．加入催化剂
（3）利用NO₂可制备N₂O₅，原理如图2所示．生成N₂O₅的电极反应式为NO₂-e^-+HNO₃=N₂O₅+H⁺；此隔膜为阳（填“阴”或“阳”）离子交换膜．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律，将①×2-②×3，得热化学方程式；
（2）达到平衡时正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，以此判断；
②计算反应达到平衡状态时各物质的浓度，结合平衡常数表达式计算；
③从反应开始到5min，生成了N₂0.05mol，则5min 内v（CO₂）=$\frac{\frac{0.05mol×2}{2L}}{5min}$=0.01 mol•L^-1•min^-1；平衡常数表达式中CO的浓度是2次方，所以20min时再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，分母增加的幅度大，则Qc＜K；
④平衡时一氧化碳的浓度增大，平衡向逆反应方向移动；
（3）利用NO₂或N₂O₄可制备N₂O₅，N元素发生氧化反应，则N₂O₅在电解池的阳极区生成，根据电荷守恒可知有H⁺生成，氢离子可以自由的从左向右，所以是阳离子交换膜．

解答 解：（1）已知：
①N₂（g）+3H₂（（g）?2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ/mol；
利用盖斯定律，将①×2-②×3，得2N₂（g）+6H₂0（1）=4NH₃（g）+30₂（g）△H=（-92.4kJ/mol）×2-（-571.6kJ/mol）×3=+1530.0kJ/mol，
故答案为：2N₂（g）+6H₂O（1）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol；
（2）①a．化学平衡时应有v_正（NO）=2v_逆（N₂），故错误；
b．气体总压不变，说明气体的物质的量不变，达平衡状态，故正确；
c．化学平衡时，c（CO₂）和c（CO）可能相等，也可能不等，故错误；
d．混合气体的相对分子质量，说明气体的总物质的量不变，达平衡状态，故正确，
故答案为：bd；
②反应达到平衡状态时，c（CO）=0.4mol/L，C（N₂）=0.1mol/L，C（CO₂）=2C（N₂）=0.2mol/L，C（NO）=0.7mol/L-（0.6-0.4）mol/L=0.5mol/L，K$\frac{0.2×0．{2}^{2}}{0．{4}^{2}×0．{5}^{2}}$L•mol^-1=0.2 L•mol^-1，故答案为：0.2 L•mol^-1；
③从反应开始到5min，生成了N₂0.05mol，则5min 内v（CO₂）=$\frac{\frac{0.05mol×2}{2L}}{5min}$=0.01 mol•L^-1•min^-1，平衡常数表达式中CO的浓度是2次方，所以20min时再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，分母增加的幅度大，则Qc＜K，所以平衡向逆反应方向移动，故答案为：0.01 mol•L^-1•min^-1；向左；     
④平衡时一氧化碳的浓度增大，平衡向逆反应方向移动，
a．缩小容器体积平衡向正反应方向移动，故错误；   
b．增增加NO的浓度平衡向正反应方向移动，故错误；    
c．升高温度平衡向逆反应方向移动，故正确；  
d．加入催化剂不改变平衡移动，故错误；
故答案为：c；
（3）利用NO₂或N₂O₄可制备N₂O₅，N元素发生氧化反应，则N₂O₅在电解池的阳极区生成，由图可知，阳极上是NO₂失去电子，在HNO₃条件下生成N₂O₅，根据电荷守恒可知有H⁺生成，电极反应式为：NO₂-e^-+HNO₃=N₂O₅+H⁺，氢离子可以自由的从左向右，所以是阳离子交换膜，
故答案为：NO₂-e^-+HNO₃=N₂O₅+H⁺；阳．

点评 本题综合考查化学反应速率的计算、化学平衡移动原理及化学平衡常数的计算，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，为高考常见题型和高频考点，难度较大，要注意利用化学平衡常数与浓度商的关系确定反应方向．