Question

【题目】采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应：

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t＝∞时，N2O5(g)完全分解)：

t/min	0	40	80	160	260	1300	1700	∞
p/kPa	35.8	40.3	42.5	45.9	49.2	61.2	62.3	63.1

(1)已知：2N2O5(g)＝2N2O4(g)＋O2(g) △H1＝－4.4 kJ· mol－1

N2O4(g)2NO2(g) △H2＝＋55.3 kJ· mol－1

则反应N2O5(g)＝2NO2(g)＋O2(g)的 △H＝________kJ· mol－1。

(2)若提高反应温度至35℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强介p∞(35℃)______63.1kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是________________________________________________。

(3)25℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa (Kp为以分压表示的平衡常数，计算结保留1位小数)。下图中可以示意平衡常数Kp随温度T变化趋势的是_______。

(4)邻二甲苯经硝化得到两种一硝化产物：3－硝基邻二甲苯(3－NOX)和4－硝基邻二甲苯(4－NOX)。某研究小组研究了采用N2O5为硝化剂时催化剂用量对该反应的影响。将一定量的催化剂和邻二甲苯置于反应瓶中，控制温度反应一定时间。测得邻二甲苯的转化率和3－NOX的选择性如图所示：

①描述并解释随着催化剂用量的增加，邻二甲苯转化率的变化趋势：____________。

②在图中画出4－NOX的选择性随催化剂用量变化的曲线_____________。

Answer 1

【答案】+53.1 大于 温度升高，容器容积不变，且二氧化氮二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高 13.4 BC 反应一定时间并未达到平衡状态，当催化加用量在0-0.20g时随着用量的增加反应速率加快，邻二甲苯转化率增加；当催化剂用量超过0.20g时大量的催化剂可能会催化N2O5的分解，导致邻二甲苯转化率降低

【解析】

(1) 已①2N2O5(g)=2N2O4(g)+O2(g)△H1=4.4kJ/mol、②2NO2(g)=N2O4(g)△H2=+55.3kJ/mol，根据盖斯定律可知，①②即得到N2O5(g)=2NO2(g)+O2(g)，据此计算△H的值；

(2)温度升高，容器容积不变，且二氧化氮二聚为吸热反应，温度提高，平衡右移，体系物质的量增加，总压强提高；

(3)根据五氧化二氮完全分解时的压强计算出二氧化氮、氧气的压强，然后再根据二氧化氮转化的方程式计算平衡时二氧化氮、四氧化二氮的压强；根据2NO2(g)=N2O4(g)△H2=+55.3kJ/mol，反应吸热，升高温度，平衡右移，平衡常数增大，则平衡常数的对数增大，但不是线性关系；升高温度，T增大，减小，平衡左移，平衡常数减小，则平衡常数的对数减小，线性关系；

(4) ①根据图像，反应一定时间并未达到平衡状态，当催化加用量在0-0.20g时随着用量的增加反应速率加快，邻二甲苯转化率增加；当催化剂用量超过0.20g时大量的催化剂可能会催化N2O5的分解，导致邻二甲苯转化率降低；

②根据题意，邻二甲苯在催化剂作用下经硝化得到两种一硝化产物：3－硝基邻二甲苯(3－NOX)和4－硝基邻二甲苯(4－NOX)，催化剂的用量影响邻二甲苯反应发生转化进行的方向，根据图像显示，催化剂用量越多，3－硝基邻二甲苯(3－NOX)生成量越少，反应越向着生成4－硝基邻二甲苯(4－NOX)反应进行，二者的生成量应关于邻二甲苯的转化率50%呈对称分布，或者说二者生成之和为100%，根据3－硝基邻二甲苯(3－NOX)选择性曲线呈对称分布画出曲线；

(1) 已①2N2O5(g)=2N2O4(g)+O2(g)△H1=4.4kJ/mol、②2NO2(g)=N2O4(g)△H2=+55.3kJ/mol，根据盖斯定律可知，①②即得到N2O5(g)=2NO2(g)+O2(g)△H=+53.1kJ/mol，

故答案为：+53.1；

(2)由于温度升高，容器容积不变，总压强提高，且二氧化氮二聚为吸热反应，温度提高，平衡右移，体系物质的量增加，总压强提高，所以若提高反应温度至35℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35℃)大于63.1kPa，

故答案为：大于；温度升高，容器容积不变，且二氧化氮二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高；

(3)根据表中数据可知五氧化二氮完全分解时的压强是63.1kPa，根据方程式可知完全分解时最初生成的二氧化氮的压强是35.8kPa×2=71.6kPa，氧气是35.8kPa×=17.9kPa，总压强应该是71.6kPa+17.9kPa=89.5kPa，平衡后压强减少了89.5kPa63.1kPa=26.4kPa，所以根据方程式2NO2(g)N2O4(g)可知，平衡时四氧化二氮对应的压强是26.4kPa，二氧化氮对应的压强是71.6kPa26.4kPa×2=18.8kPa，则反应的平衡常数Kp=≈13.4kPa；根据2NO2(g)=N2O4(g)△H2=+55.3kJ/mol，反应吸热，升高温度，平衡右移，平衡常数增大，则平衡常数的对数增大，但不是线性关系；升高温度，T增大，减小，平衡左移，平衡常数减小，则平衡常数的对数减小，线性关系，故答案选BC。

故答案为：13.4；BC；

(4) ①根据图像，反应一定时间并未达到平衡状态，当催化加用量在0-0.20g时随着用量的增加反应速率加快，邻二甲苯转化率增加；当催化剂用量超过0.20g时大量的催化剂可能会催化N2O5的分解，导致邻二甲苯转化率降低，

故答案为：反应一定时间并未达到平衡状态，当催化加用量在0-0.20g时随着用量的增加反应速率快，邻二甲苯转化率增加；当催化剂用量超过0.20g时大量的催化剂可能会催化N2O5的分解，导致邻二甲苯转化率降低；

②根据题意，邻二甲苯在催化剂作用下经硝化得到两种一硝化产物：3－硝基邻二甲苯(3－NOX)和4－硝基邻二甲苯(4－NOX)，催化剂的用量影响邻二甲苯反应发生转化进行的方向，根据图像显示，催化剂用量越多，3－硝基邻二甲苯(3－NOX)生成量越少，反应越向着生成4－硝基邻二甲苯(4－NOX)反应进行，二者的生成量应关于邻二甲苯的转化率50%呈对称分布，或者说二者生成之和为100%，则4－NOX的选择性随催化剂用量变化的曲线为，

故答案为：。