Question

3．氮是大气中含量丰富的一种元素，氮及其化合物在生产、生活中有着重要作用，减少氮氧化物的排放是环境保护的重要内容之一．请回答下列氮及其化合物的相关问题：
（1）据报道，意大利科学家获得了极具研究价值的N₄，其分子结构与白磷分子的正四面体结构相似．已知断裂1mol N-N键吸收167kJ热量，生成1mol N≡N键放出942kJ热量，请写出N₄气体转变为N₂反应的热化学方程式：N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol．
（2）在T₁℃时，将5mol N₂O₅置于10L固定容积的密闭容器中发生下列反应：2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g）；△H＞0．反应至5分钟时各物质的浓度不再发生变化，测得NO₂的体积分数为50%．
①求该反应的平衡常数K=$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{2}}$（数字代入式子即可），上述平衡体系中O₂的体积分数为12.5%．
②用O₂表示从0～5min内该反应的平均速率υ（O₂）=0.02mol/（L•min）．
③将上述平衡体系的温度降至T₂℃，密闭容器内减小的物理量有AC．
A．压强      B．密度       C．反应速率       D．N₂O₅的浓度
（3）在恒温恒容的密闭容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂（g）?N₂O₄（g），平衡时N₂O₄与NO₂的物质的量之比为a，其它条件不变的情况下，分别再充入NO₂和再充入N₂O₄，平衡后引起的变化正确的是B．
A．都引起a减小   
B．都引起a增大   
C．充入NO₂引起a减小，充入N₂O₄引起a增大
D．充入NO₂引起a增大，充入N₂O₄引起a减小．

Answer 1

分析 （1）N₄气体转变为N₂气体先破坏N₄分子N-N键吸收能量，再生成N₂分子形成N≡N键放出能量，注意一个N₄分子中含有6个N-N键，根据能量的变化写出热化学反应方程式；
（2）根据三段式计算出各组分的物质的量的变化量、平衡时各组分的物质的量；
①平衡常数指生成物浓度的系数次幂之积与反应物浓度系数次幂之积的比值，即k=$\frac{c{（{O}_{2}）×c}^{4}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}$；根据体积分数等于氧气物质的量除以混合气体总物质的量计算O₂的体积分数；
②根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（O₂）；
③该反应为吸热反应，降低温度平衡向逆反应进行，再根据选项具体分析；
（3）平衡后分别再充入NO₂和再充入N₂O₄，相当于增大体系压强，二氧化氮平衡转化率增大，平衡时N₂O₄与NO₂的物质的量之比为a增大．

解答 解：（1）根据原子守恒知，一个N₄分子生成2个N₂分子，一个N₄分子中含有6个N-N键，破坏1molN₄分子中含有6molN-N键需要吸收167kJ/mol×6mol=1002kJ能量；生成2molN≡N键放出942kJ/mol×2mol=1884kJ能量，所以该反应放出1884kJ-1002kJ=882kJ能量，所以热化学反应方程式为N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol，
故答案为：N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol；
（2）令平衡时O₂的物质的量为nmol，则
    对于反应 2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g），
开始（mol）：5            0         0
变化（mol）：2n           4n        n
平衡（mol）：5-2n         4n        n
所以$\frac{4n}{（5-2n）+4n+n}$×100%=50%，解得n=1，
①由上述计算知平衡时N₂O₅3mol、NO₂4mol、O₂1mol．所以平衡时N₂O₅的浓度为$\frac{3mol}{10L}$=0.3mol/L，平衡时NO₂的浓度为$\frac{4mol}{10L}$=0.4mol/L，平衡时O₂的浓度为$\frac{1mol}{10L}$=0.1mol/L，
所以平衡常数k=$\frac{c{（{O}_{2}）×c}^{4}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}$=$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{2}}$，
平衡时O₂的物质的量为NO₂的$\frac{1}{4}$，所以O₂的体积分数也为NO₂的体积分数的$\frac{1}{4}$，
所以O₂的体积分数为$\frac{1}{4}$×50%=12.5%，
故答案为：$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{2}}$；12.5%；
②由上述计算知平衡时O₂的质的量为1mol，
从0～5min内用O₂表示该反应的平均速率v（O₂）=$\frac{\frac{1mol}{10L}}{5min}$=0.02mol/（L•min），
故答案为：0.02mol/（L•min）；
③A．该反应正反应为吸热反应，降低温度平衡向逆反应进行，由于反应前气体体积比反应后小，所以压强减小，故A正确；
B．都为气体，总质量不变，体积不变，所以密度不变，故B错误；
C．温度降低，反应速率降低，故C正确；
D．该反应正反应为吸热反应，降低温度平衡向逆反应进行，N₂O₅的浓度增加，故D错误；
故选：AC；
（3）在恒温恒容的密闭容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂（g）?N₂O₄（g），平衡后分别再充入NO₂和再充入N₂O₄，相当于增大体系压强，二氧化氮平衡转化率增大，平衡时N₂O₄与NO₂的物质的量之比为a增大；
故答案为：B．

点评 本题考查了反应热、原电池电极反应、平衡常数反应速率的影响因素分析判断，化学平衡移动、化学平衡常数及计算等，难度中等，考查学生分析和解决问题的能力和对知识的掌握．