Question

9．氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料．
（1）氢气燃烧热值高．实验测得，在常温常压下1gH₂完全燃烧生成液态水，放出142.9kJ热量．则表示H₂燃烧热的热化学方程式为H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol．又已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，则氨在空气中燃烧生成液态水和氮气时的热化学方程式为4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1530kJ/mol．
（2）氢气是合成氨的重要原料．
①当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件（不改变 N₂、H₂和NH₃的量），反应速率与时间的关系如图一所示．

图中t₁时引起平衡移动的条件可能是增大压强，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是t₂-t₃．
②温度为T℃时，将2a molH₂和a molN₂放入0.5L密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%．则反应的平衡常数为$\frac{4}{{a}^{2}}$．
③氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．对于反应：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如下图二所示．
下列说法正确的是abe．
a．A、C两点的反应速率：A＜C
b．A、C两点的气体颜色：A浅，C深
c．B、C两点的气体平均相对分子质量：B＜C
d．A、C两点的化学平衡常数：A＞C
e．由状态B到状态A，可以用加热的方法．

Answer 1

分析 （1）1g氢气完全燃烧生成液态水时放出142.9kJ热量，2g氢气燃烧生成液态水放热285.8KJ，燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，结合热化学方程式书写；根据盖斯定律进行判断；
（2）根据图象分析影响平衡的因素；
②依据影响平衡的因素分析判断平衡移动，计算出平衡时各物质的浓度；
③N₂O₄（g）═2NO₂（g）△H＞0，该反应为吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，NO₂的体积分数增大；增大压强，化学平衡逆向移动，NO₂的体积分数减小．
a．A、C两点在等温线上，压强越大，反应速率越快；
b．增大压强平衡向逆反应进行，向逆反应进行是减小由于压强增大导致浓度增大趋势，但到达平衡仍比原平衡浓度大；
c．B、C两点相同物质的含量相同，即二氧化氮与四氧化二氮的物质的量之比相等；
d．A、C两点温度相等，则平衡常数相同；
e．压强相同，升高温度，化学平衡正向移动，NO₂的体积分数增大；

解答 解：（1）1g氢气完全燃烧生成液态水时放出142.9kJ热量，2g氢气燃烧生成液态水放热285.8KJ，则氢气燃烧热的热化学方程式为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ•mol^-1①
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；②
将方程式②×6-①×2得目标方程式，4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1530kJ/mol，
故答案为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1530kJ/mol；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，反应是放热反应，反应前后气体体积减小，
①依据反应速率与时间的关系图象分析，t₁时正逆反应速率都增大，平衡正向移动，引起平衡移动的条件可能是增大压强；t₁-t₂平衡正向移动，t₃-t₄平衡逆向移动，t₅-t₆平衡不移动，所以表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是t₂-t₃，故答案为：增大压强；t₂-t₃；
②若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，为保持恒压，体积增大，平衡向逆向进行；催化剂改变反应速率，不改变化学平衡，反应焓变不变；温度为T℃时，将2a mol H₂和 a mol N₂放入0.5L密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%．则反应的平衡常数可以列出三段式计算平衡浓度，依据平衡常数概念计算：
              N₂（g）+3H₂（g）?2NH₂（g）
开始（mol/L）  2a        4a        0
反应（mol/L）  a         3a       2a  
平衡（mol/L）  a         a        2a
所以化学平衡常数K=$\frac{（2a）^{2}}{a×{a}^{3}}$=$\frac{4}{{a}^{2}}$，故答案为：$\frac{4}{{a}^{2}}$；
③a．由图象可知，A、C两点在等温线上，C的压强大，则A、C两点的反应速率：A＜C，故a正确；
b．A、C两点都在等温线上，C的压强大，与A相比C点平衡向逆反应进行，向逆反应进行是由于减小体积增大压强，平衡移动的结果降低NO₂浓度增大趋势，但到达平衡仍比原平衡浓度大，平衡时NO₂浓度比A的浓度高，NO₂为红棕色气体，则A、C两点气体的颜色：A浅，C深，故b正确；
c．B、C两点相同物质的含量相同，即二氧化氮与四氧化二氮的物质的量之比相等，则平均相对分子质量相等，故c错误；
d．A、C两点温度相等，则平衡常数相同，故d错误；
e．升高温度，化学平衡正向移动，NO₂的体积分数增大，由图象可知，A点NO₂的体积分数大，则T₁＜T₂，由状态B到状态A，可以用加热的方法，故e正确，
故选：abe．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡图象、平衡常数、反应热计算等，是对学生综合能力的考查，难度中等．