Question

15．（1）某温度下，向容积为1L的容器中充入3mol NO和1mol CO，发生2NO（g）+2CO（g）???N₂（g）+2CO₂（g）反应，NO的转化率随时间的变化如图所示．
①该温度下，化学平衡常数K=$\frac{15}{128}$（如果用小数表示，小数点后保留3位数），平衡时CO的转化率为60%．
②A点的逆反应速率v_逆（CO）＜ （填“＞”、“＜”或“=”）B点的逆反应速率v_逆（NO）．
（2）液态肼（N₂H₄）和液态双氧水可作为火箭推进剂的原料，它们混合时发生反应，生成N₂和水蒸气，并放出大量的热．已知1g液态肼完全反应生成气态水放出的热量为20kJ．
①H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1，写出液态肼与液态双氧水反应生成N₂和液态水的热化学方程式：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（l）；△H=-816kJ/mol．
②以N₂和H₂为原料通过一定途径可制得N₂H₄，已知断裂1mol N-N键、N≡N键、N-H键、H-H键所需的能量分别为193kJ•mol^-1、946kJ•mol^-1、390.8 kJ•mol^-1、
436kJ•mol^-1，试写出由N₂、H₂合成气态肼（N₂H₄）的热化学方程式为N₂（g）+2H₂（g）═N₂H₄（g）△H=+61.8kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1））①该温度下，由图象可知达到平衡时NO转化率为20%，则NO转化的物质的量为：3mol×20%=0.6mol，根据反应2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）可知：CO转化了0.6mol，反应生成氮气、二氧化碳分别为0.3mol，0.6mol，则平衡时各物质浓度分别为：c（NO）=$\frac{3mol-0.6mol}{1L}$=2.4mol/L、c（CO）=$\frac{1mol-0.6mol}{1L}$=0.4mol/L、c（N₂）=$\frac{0.3mol}{1L}$=0.3mol/L、c（CO₂）=$\frac{0.6mol}{1L}$=0.6mol/L，然后根据化学平衡常数表达式计算即可；平衡时CO的转化率=$\frac{反应转化的物质的量}{反应前总物质的量}$×100%；
②根据随着反应时行反应物浓度减小，反应速率减小判断A点的逆反应速率逆V_逆（CO）与B点的逆反应速率V_逆（NO）大小；
（2）①1g液态肼完全反应生成气态水放出的热量为20kJ，据此书写热化学风程式；结合写出的热化学方程式和谁转化的热化学方程式，根据盖斯定律合并写出生成液态水时的热化学方程式进行计算；
②化学反应中，化学键断裂吸收能量，形成新化学键放出能量，化学反应的焓变=旧键断裂吸收的能量-新键生成释放的能量．

解答 解：（1）①该温度下，由图象可知达到平衡时NO转化率为20%，则NO转化的物质的量为：3mol×20%=0.6mol，根据反应2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）可知：CO转化了0.6mol，反应生成氮气、二氧化碳分别为0.3mol，0.6mol，则平衡时各物质浓度分别为：c（NO）=$\frac{3mol-0.6mol}{1L}$=2.4mol/L、c（CO）=$\frac{1mol-0.6mol}{1L}$=0.4mol/L、c（N₂）=$\frac{0.3mol}{1L}$=0.3mol/L、c（CO₂）=$\frac{0.6mol}{1L}$=0.6mol/L，
将数据代入化学平衡常数表达式可得：K=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{2．{4}^{2}×0．{4}^{2}}$=$\frac{15}{128}$；
平衡时CO的转化率为：$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
故答案为：$\frac{15}{128}$；60%；
②由于随着反应时行反应物浓度减小，速率减小，故A点的逆反应速率逆V_逆（CO）小于B点的逆反应速率V_逆（NO），
故答案为：＜；
（2）①1g液态肼完全反应生成气态水放出的热量为20kJ，所以1mol即32g液态肼完全反应生成气态水放出的热量为640kJ，即①N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.63kJ/mol；②H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol；
依据盖斯定律①+②×4得到：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（l）；△H=-816kJ/mol，
故答案为：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（l）；△H=-816kJ/mol；
②由N₂、H₂合成气态肼（N₂H₄）的反应为：N₂（g）+2H₂（g）═N₂H₄（g）焓变=946kJ•mol^-1+2（436kJ•mol^-1）-[4（390.8kJ•mol^-1）+193kJ•mol^-1]=+61.8 kJ•mol^-1，故答案为：N₂（g）+2H₂（g）═N₂H₄（g）△H=+61.8 kJ•mol^-1．

点评 本题考查了化学平衡的计算、反应热计算，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握化学键断裂、形成中的能力变化与焓变之间的关系，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．