Question

14．非金属及其化合物在工农业生产、生活中有着重要应用，减少非金属的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1
若某反应的平衡常数表达式为：K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（NO）•{c}^{2}（CO）}$，请写出此反应的热化学方程式2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1．
（2）N₂O₅在一定条件下可发生分解：2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g）．△H＞0．某温度下测得恒容密闭容器中N₂O₅浓度随时间的变化如表：

t/min	0.00	1.00	2.00	3.00	4.00	5.00
c（N2O5）/（mo•L-1）	1.00	0.71	0.50	0.35	0.25	0.17

反应开始时体系压强为P₀，第3.00min时达到平衡体系压强为p₁，则p₁：p₀=1.975；1.00min～3.00min内，O₂的平均反应速率为0.09mol•L^-1•min^-1．从表中可知化学反应速率变化规律是随反应时间进行，反应物浓度降低，化学反应速率减少．
①该温度下反应的平衡常数K_p=$\frac{（1.3{P}_{0}）^{4}×（0.325{P}_{0}）}{（0.35{p}_{0}）^{2}}$（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量的分数，请列出用P₀表示平衡常数表达式，不用计算）．
②一定温度下，在恒容密闭容器中充入一定量N₂O₅进行该反应，能判断反应已达到化学平衡状态的是a．
a．容器中压强不再变化        b．NO₂和O₂的体积比保持不变
c.2v正（NO₂）=v逆（N₂O₅）     d．混合气体的密度保持不变
（3）从N₂O₅可通过电解或臭氧氧化N₂O₄的方法制备．电解装置如图所示（隔膜用于阻止水分子通过），其阳极反应式为N₂O₄+2NO₃^--2e^-=2N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）依据平衡常数表达式书写热化学方程式，结合已知的热化学方程式和盖斯定律计算得到缩小热化学方程式的焓变，得到此反应的热化学方程式；
（2）相同条件下，气体的物质的量之比等于其压强之比；
                    2N₂O₅（g）═4NO₂（g）+O₂（g）
开始（mol/L）1.00               0             0
反应（mol/L）0.65             1.3            0.325
2min（mol/L）0.35            1.3              0.325
反应前后气体的压强之比等于其物质的量之比；
先计算五氧化二氮的反应速率，再根据同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氧气反应速率；
①化学平衡常数K=$\frac{生成物平衡分压幂次方乘积}{反应物平衡分压幂次方乘积}$；
②根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（3）由N₂O₄制取N₂O₅需要失去电子，所以N₂O₅在阳极区生成，N₂O₄在阳极发生氧化反应失去电子生成N₂O₅．

解答 解：（1）若某反应的平衡常数表达式为：k=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$，反应为2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），
①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-l
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l
③2C（s）+O ₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
盖斯定律计算②×2-③-①得到2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•molˉ¹，
故答案为：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ•mol^-1；
（2）相同条件下，气体的物质的量之比等于其压强之比；
                       2N₂O₅（g）═4NO₂（g）+O₂（g）
开始（mol/L）  1.00                0                 0
反应（mol/L） 0.65               1.30         0.325
2min（mol/L） 0.35             1.30           0.325
反应前后气体的压强之比等于其物质的量之比，所以p₁：p₀=（0.35+1.30+0.325）mol：1.00mol=1.975，1.00min～3.00min内，v（N₂O₅）=$\frac{0.71-0.35}{3-1}$mol/（L．min）=0.18mol/（L．min），再根据同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比得氧气反应速率=$\frac{1}{2}$v（N₂O₅）=0.09mol•L^-1•min^-1，图表数据分析可知化学反应速率变化规律是随反应时间进行，反应物浓度降低，化学反应速率减少，
故答案为：1.975； 0.09mol•L^-1•min^-1； 随反应时间进行，反应物浓度降低，化学反应速率减少；
①反应开始时体系压强为P₀，第3.00min时达到平衡体系压强为p₁，P₀=$\frac{{p}_{1}}{1.975}$
                         2N₂O₅（g）═4NO₂（g）+O₂（g）
开始（mol/L）        1.00               0             0
反应（mol/L）         0.65            1.30          0.325
2min（mol/L）           0.35           1.30          0.325
该温度下反应的平衡常数K_p=$\frac{（\frac{1.30}{1.975}×1.975{P}_{0}）^{4}×（\frac{0.325}{1.975}×1.975{P}_{0}）}{（\frac{0.35}{1.975}×1.975{p}_{0}）^{2}}$=$\frac{（1.3{P}_{0}）^{4}×（0.325{P}_{0}）}{（0.35{p}_{0}）^{2}}$，
故答案为：$\frac{（1.3{P}_{0}）^{4}×（0.325{P}_{0}）}{（0.35{p}_{0}）^{2}}$；
②a．容器中压强不再变化，反应已达到化学平衡状态，故a正确；
b．NO₂和O₂的体积比始终都不变，不能确定反应是否达到化学平衡状态，故b错误；
c．υ_正（NO₂）=2υ_逆（N₂O₅）才表明达到化学平衡状态，故c错误；
d．反应前后气体质量和体积不变．密度始终不变，故d错误．
故答案为：a；
（3）从电解原理来看，N₂O₄制备N₂O₅为氧化反应，则N₂O₅应在阳极区生成，反应式为N₂O₄+2NO₃^--2e^-=2N₂O₅，
故答案为：N₂O₄+2NO₃^--2e^-=2N₂O₅．

点评 本题考查了热化学方程式书写、化学平衡、平衡常数的计算应用、原电池原理和电极反应书写等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．