Question

18．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮元素的单质及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．
（1）根据如图1能量变化示意图，请写出NO₂和CO反应的热化学方程式NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1．
（2）在固定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其平衡常数K与温度T的关系如表：

T/K	298	398	498
平衡常数K	4.1×106	K1	K2

①该反应的平衡常数表达式：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$
②试判断K₁＞K₂（填写“＞”，“=”或“＜”）
③下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是c（填字母）
a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2  
b．v（N₂）正=3v（H₂）逆  
c．容器内压强保持不变 
d．混合气体的密度保持不变
④在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系如图2，则图中氨的百分含量最低的时间段是D
A．t₀-t₁  B．t₂-t₃   C．t₃-t₄  D．t₅-t₆
（3）对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在温度分别为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图3所示，下列说法正确的是CD．
a．A、C两点的反应速率：A＞C  
b．A、C两点的化学平衡常数：A＞C  
c．A、C两点N₂O₄的转化率：A＞C
d．由状态B到状态A，可以用加热的方法
（4）一定温度下，在1L密闭容器中充入1molN₂和3molH₂并发生反应．若容器容积恒定，10min达到平衡时，气体的总物质的量为原来的$\frac{7}{8}$，则N₂的转化率a（N₂）=25%，以NH₃表示该过程的反应速率v（NH₃）=0.075mol/（L．min）．

Answer 1

分析 （1）反应热等于正反应的活化能减去逆反应的活化能，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（2）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
②正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小；
③可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
④t₁时刻正逆反应速率都增大，平衡逆向移动，t₂时到达平衡，氨气的含量减小，t₃-t₄段正逆速率增大相同倍数，平衡不移动，t₄ 时刻正逆速率都减小，平衡逆向移动，平衡时氨气含量降低；
（3）a．A、C两点都在等温线上，压强越大，反应速率越快；
b．A、C两点都在等温线上，平衡常数只与温度有关；
c．A、C两点都在等温线上，压强增大，平衡向气体体积减少的方向移动；
d．该反应为吸热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动；
（4）一定温度下，在1L密闭容器中充入1molN₂和3molH₂并发生反应．若容器容积恒定，10min达到平衡时，气体的总物质的量为原来的$\frac{7}{8}$，则混合气体物质的量减小为（1+3）mol×（1-$\frac{7}{8}$）=0.5mol，则：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  物质的量减小△n=2
起始量（mol）：1       3        0
变化量（mol）：0.25    0.75     1             0.5
平衡量（mol）：0.75    2.25     1
转化率=$\frac{物质的量变化量}{起始物质的量}$×100%，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NH₃）．

解答 解：（1）该反应的焓变△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以热化学方程式为：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1，
故答案为：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，所以K₁＞K₂，
故答案为：＞；
③a．平衡时反应混合物中各组分的含量保持不变，平衡时各组分浓度与起始浓度及转化率有关，但容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比不一定为1：3：2，所以不能作为平衡的标志，故a错误；
b．平衡时不同物质表示速率之比等于系数之比说明到达平衡，即3v（N₂）_正=v（H₂）_逆说明反应达到平衡，故b错误；
c．反应前后气体体积减小，恒温恒容下，容器内压强减少，若压强不变，说明反应达到平衡，故c正确；
d．反应前后气体的质量不变，容器的体积不变，所以密度不变，所以混合气体的密度保持不变不能作为平衡的标志，故d错误；
故选：c；
④t₁时刻正逆反应速率都增大，平衡逆向移动，t₂时到达平衡，氨气的含量减小，t₃-t₄段正逆速率增大相同倍数，平衡不移动，t₄ 时刻正逆速率都减小，平衡逆向移动，平衡时氨气含量降低，故t₅-t₆段氨气的含量最小，
故选：D；
（3）A．A、C两点都在等温线上，压强越大，反应速率越快，所以速率：C＞A，故A错误；
B．A、C两点都在等温线上，平衡常数只与温度有关，所以化学平衡常数：A=C，故B错误；
C．A、C两点都在等温线上，C点压强更高，压强增大，平衡向气体体积减少的方向移动，即逆反应方向移动，N₂O₄的转化率降低，所以两点N₂O₄的转化率：A＞C，故C正确；
D．该反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，NO₂的体积分数增大，所以由状态B到状态A，可以用加热的方法，故D正确；
故选：CD；
（4）一定温度下，在1L密闭容器中充入1molN₂和3molH₂并发生反应．若容器容积恒定，10min达到平衡时，气体的总物质的量为原来的$\frac{7}{8}$，则混合气体物质的量减小为（1+3）mol×（1-$\frac{7}{8}$）=0.5mol，则：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物质的量减小△n=2
起始量（mol）：1       3         0
变化量（mol）：0.25    0.75      1              0.5
平衡量（mol）：0.75    2.25      1
N₂的转化率=$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%，v（NH₃）=$\frac{\frac{0.75mol}{1L}}{10min}$=0.075mol/（L．min），
故答案为：25%；0.075mol/（L．min）．

点评 本题主要考查化学平衡计算与影响因素、平衡状态判断、化学平衡图象、化学平衡常数、热化学方程式的书写等，题目难度中等，侧重对学生能力的考查，需要学生具备扎实的基础．