Question

2．合理应用和处理含氮的化合物，在生产生活中有重要意义．
（1）用活化后的V₂O₅作催化剂，氨气将NO还原成N₂的一种反应历程如图1所示．

写出总反应化学方程式4NH₃+4NO+O₂ $\frac{\underline{\;V_{2}O_{5}\;}}{\;}$4N₂+6H₂O．
（2）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-94.4gKJ•mol^-1，恒容时，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图2所示．
①在2L容器中发生反应，前20min内，v（NH₃）=0.050mol（L•min）^-1，放出的热量为94.4gKJ．
②25min时采取的措施是将NH₃从反应体系中分离出去．
③时段III条件下，反应的平衡常数表达式为$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$（只列计算表达式，不计算）．
（3）用氨气制取尿素[CO（NH₂）₂]的反应：2NH₃（g）+CO₂（g）?0CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H＜0．某温度下，向容器为0.1L的密闭容器中通入4molNH₃和2molCO₂，该反应进行到40s时，达到平衡，此时CO₂的妆花率为50%．图3中的曲线表示在前25s内NH₃的浓度随时间的变化而变化．其他条件不变，请在图3中用实线画出使用催化剂后c（NH₃）随时间的变化曲线．

Answer 1

分析 （1）用V₂O₅作催化剂，NH₃可将NO还原成N₂，结合反应历程图可知反应物还有氧气，生成物为N₂和H₂O，配平即得反应方程式；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算出前20min内氨气的平均反应速率v（NH₃），根据达到平衡时生成氨气的物质的量及热化学方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1计算出放出的热量；
②根据25min时氨气的物质的量变为0，而氮气和氢气的物质的量不变进行解答，改变的条件是分离出氨气；
③根据时段Ⅲ条件下达到平衡时各组分的浓度及平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积进行解答；
（3）催化剂改变反应速率不改变化学平衡，依据催化剂的作用画出图象．

解答 解：（1）用V₂O₅作催化剂，NH₃可将NO还原成N₂，结合反应历程图可知反应物还有氧气，生成物为N₂和H₂O，配平即得反应方程式为4NH₃+4NO+O₂$\frac{\underline{\;V_{2}O_{5}\;}}{\;}$4N₂+6H₂O，
故答案为：4NH₃+4NO+O₂$\frac{\underline{\;V_{2}O_{5}\;}}{\;}$4N₂+6H₂O；
（2）①根据图象可知，20min时氨气的物质的量浓度为1.00mol/L，所以氨气的平均反应速率为：v（NH₃）=$\frac{1.00mol/L}{20min}$=0.050mol（L•min）^-1；
达到平衡时生成的氨气的物质的量为：1.00 mol/L×1L=1.00mol，
根据N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1可知生成2.00mol氨气放出的热量为94.4kJ，
故答案为：0.050mol（L•min）^-1； 94.4kJ；
②25min时氨气的物质的量迅速变为0而氮气、氢气的物质的量不变，之后氮气、氢气的物质的量逐渐减小，氨气的物质的量逐渐增大，说明25min时改变的条件是将NH₃从反应体系中分离出去，
故答案为：将NH₃从反应体系中分离出去；
③时段Ⅲ条件下，反应为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），图象方向可知平衡状态下[N₂]=0.25mol/L，[NH₃]=0.50mol/L，[H₂]=0.75mol/L，该反应的化学平衡常数为：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（{N}_{2}）}$=$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$，
故答案为：$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$；
（3）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g），反应进行到40s时达到平衡，反应达到平衡时CO₂的转化率为50%，消耗二氧化碳浓度20mol/L×50%=10mol/L；
                           2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  40               20                 0                     0
变化量（mol/L）  20               10                0                    10
平衡量（mol/L）  20               10                 0                    10
若反应延续至70s，保持其它条件不变情况下，使用催化剂时，改变反应速率，不改变化学平衡，曲线的转折点在横坐标40之前，纵坐标必需在20的线上，该反应的进程曲线为如图所示：，
故答案为：．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡影响因素分析、化学平衡的计算等知识，题目难度中等，注意掌握化学平衡及其影响因素，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力．