Question

【题目】氮的固定意义重大，氮肥的大面积使用提高了粮食产量。

(1)目前人工固氮有效且有意义的方法是_______________(用一个化学方程式表示)。

(2)自然界发生的一个固氮反应是N2(B)+O2(g) 2NO(g)，已知N2、O2、NO三种分子中化学键断裂所吸收的能量依次为946kJ·mol-1、498kJ·mol-1、632kJ·mol-1，则该反应的△H=____kJ·mol-1。

(3)恒压100kPa时，反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1，反应2NO2(g)N2O4(g)中NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2。

①图1中A、B、C三点表示不同温度、压强下2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡时NO的转化率，则____________点对应的压强最大。

②恒压100kPa、25℃时，2NO2(g) N2O4(g)平衡体系中N2O4的物质的量分数为______________，列式计算平衡常数Kp=____________。(Kp用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)

(4)室温下，用往射器吸入一定量NO2气体，将针头插入胶塞密封，然后迅速将气体体积压缩为原来的一半并使活塞固定，此时手握针筒有热感，继续放置一段时间。从活塞固定时开始观察，气体颜色逐渐__________(填“变深”或“变浅”)，原因是________________。[已知2NO2(g)N2O4(g)在几微秒内即可达到化学平衡]

Answer 1

【答案】 N2+3H2 2NH3 +180 B 66.7% (100KPa/66.7%)/[100KPa/(1-66.7%]2 变浅 活塞固定时2NO2(g) N2O4(g)已达平衡状态，因反应是放热反应，放置时气体温度下降，平衡向正反应方向移动，NO2浓度降低

【解析】分析:(1)游离态的氮元素反应生成化合态氮元素为氮的固定，如工业合成氨；(2)热化学方程式中，反应焓变=反应物的总键能-生成物的总键能,据此计算；(3)①2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，反应是气体体积减小的反应压强越大平衡正向进行,图中曲线上各点为等压不等温,通过控制变量做等温线确定ABC三点与曲线交点等温不等压,从而确定曲线以下的点压强小于100kPa,曲线以上的点压强大于100kPa；②利用三段法列式计算,恒压100kPa、25时NO2的转化率为80%,设起始量二氧化氮物质的量为x,
2NO2(g) N2O4(g)
起始量(mol) x 0
变化量(mol) 0.8x 0.4x
平衡量(mol) 0.2x 0.4x
平衡体系中N2O4的物质的量分数=×100%=66.7%，
Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数列式计算；
(4)压缩活塞平衡正移,反应放热,针管微热,活塞固定时2NO2(g) N2O4(g)已达平衡状态,放置时气体温度下降,平衡向正反应方向移动, NO2浓度降低,颜色变浅。

详解:(1)游离态的氮元素反应生成化合态氮元素为氮的固定,如工业合成氨,反应的化学方程式为: N2+3H2 2NH3，因此，本题正确答案是: N2+3H2 2NH3；
(2) N2(B)+O2(g) 2NO(g)，已知N2、O2、NO三种分子中化学键断裂所吸收的能量依次为946kJ·mol-1、498kJ·mol-1、632kJ·mol-1，则该反应的△H=（946kJ·mol-1+498kJ·mol-1）-2×632kJ·mol-1=+180kJ·mol-1，因此，本题正确答案是:+180；
(3)①图中曲线上各点为等压不等温,通过控制变量做等温线确定ABC三点与曲线交点等温不等压,从而确定曲线以下的点压强小于100kPa,曲线以上的点压强大于100kPa,所以B点压强最大，因此，本题正确答案是:B;

②25时NO2的转化率为80%,设起始量二氧化氮物质的量为x,
2NO2(g) N2O4(g)
起始量(mol) x 0
变化量(mol) 0.8x 0.4x
平衡量(mol) 0.2x 0.4x
平衡体系中N2O4的物质的量分数=×100%=66.7%，
Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数,
则Kp=(100KPa/66.7%)/[100KPa/(1-66.7%]2
因此，本题正确答案是: 66.7% ;(100KPa/66.7%)/[100KPa/(1-66.7%]2 。
(4)压缩活塞平衡正移,反应放热,针管微热,活塞固定时2NO2(g) N2O4(g)已达平衡状态,放置时气体温度下降,平衡向正反应方向移动,NO2浓度降低,颜色变浅。
因此，本题正确答案是：变浅；活塞固定时2NO2(g) N2O4(g)已达平衡状态，因反应是放热反应，放置时气体温度下降，平衡向正反应方向移动，NO2浓度降低。