Question

5．对含氮物质的研究和利用有着极为重要的意义．
（1）N₂、O₂和H₂相互之间可以发生化合反应，已知反应的热化学方程式如下：
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483kJ•mol^-1；
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93kJ•mol^-1．
则氨的催化氧化反应的热化学方程式为4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-903kJ•mol^-1．
（2）汽车尾气净化的一个反应原理为：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．
    一定温度下，将2.8mol NO、2.4mol CO通入固定容积为2L的密闭容器中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图1所示．
①NO的平衡转化率为28.57%，0～20min平均反应速率v（NO）为0.02mol/（L•min）；该温度下的化学平衡常数数值是0.05．25min时，若保持反应温度不变，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，则化学平衡将向左 移动（填“向左”、“向右”或“不”）．
②下列可说明该反应已经达到平衡的是cd．
a． v生成（CO₂）=v消耗（CO）
b．混合气体的密度不再改变
c．混合气体的平均相对分子质量不再改变
d．单位时间内消耗2n mol CO₂的同时生成n mol N≡N
e．NO、CO、N₂、CO₂的浓度相等
③反应达到平衡后，改变某一个条件，如图2曲线①〜⑧中正确的是①⑤⑦

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式，反应的热化学方程式改变系数，焓变随之改变，通过热化学方程式之间的加减计算得到；
（2）①由图可知，20min到达平衡，平衡时生成氮气为0.4mol，由方程式可知消耗NO为0.4mol×2=0.8mol，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（NO）；
若保持反应温度不变，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值，由平衡常数表达式可知，浓度商Qc＞K，平衡逆向移动；
②化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，据此分析选项；
③平衡常数只受温度影响，升高温度平衡向吸热反应移动，该反应正反应为放热反应，故升高温度平衡向逆反应移动；
催化剂只改变化学反应速率，不改变化学平衡，物质转化率不变；
平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变，与物质的浓度无关；
压强增大，平衡正向进行，增大氮气的物质的量，氮气的浓度增大．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483kJ•mol^-1；
③N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93kJ•mol^-1．
根据盖斯定律，②×3+①×2-③×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=[3×（-483kJ•mol^-1）+（+180.5kJ•mol^-1）×2-2×（-93kJ•mol^-1）]=-903kJ•mol^-1，
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-903kJ•mol^-1；
（2）①由图可知，20min到达平衡，平衡时生成氮气为0.4mol，由方程式可知消耗NO为0.4mol×2=0.8mol，NO转化率=$\frac{0.8mol}{2.8mol}$×100%=28.57%，v（NO）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{20min}$=0.02mol/（L•min），若保持反应温度不变，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，
      2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．
始   2.8mol      2.4mol         0              0
变   0.8mol     0.8mol        0.4mol       0.8mol
终  2.0mol      1.6mol        0.4mol       0.8mol
化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值，该温度下的化学平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{\frac{0.4}{2}×（\frac{0.8}{2}）^{2}}{（\frac{2.0}{2}）^{2}×（\frac{1.6}{2}）^{2}}$=0.05，25min时，若保持反应温度不变，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，
     2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
      2       1.6+0.8=2.4   0.8+0.4=1.2   0.4
Q=$\frac{（\frac{0.4}{2}）^{2}×\frac{1.2}{2}}{（\frac{2}{2}）^{2}×（\frac{2.4}{2}）^{2}}$=0.017＞K，浓度商Qc＞K，平衡逆向移动；
故答案为：28.57%；0.02mol/（L•min）；0.05；向左；
②2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．
a． v生成（CO₂）表示V正，v消耗（CO）表示V正，所以不能表示到达平衡，故a错误；
b．反应前后都为气体，在密闭容器中，反应前后质量不变，混合气体的密度ρ=$\frac{m}{v}$始终保持不变，所以不能判断，故b错误；
c．反应前后质量不变，但反应后气体的体积减小，所以当混合气体的平均相对分子质量不再改变，能判断达到平衡，故c正确；
d．单位时间内消耗2n mol CO₂的表示V逆，同时生成n mol N≡N表示V正，且符合其系数比，能判断达到平衡，故d正确；
e．达到平衡不必必须满足NO、CO、N₂、CO₂的浓度相等，所以不能判断达到平衡，故e错误；
故答案为：cd；
③平衡常数只受温度影响，升高温度平衡向吸热反应移动，该反应正反应为放热反应，故升高温度平衡向逆反应移动，平衡常数减小，故①正确②错误；
催化剂只改变化学反应速率，不改变化学平衡，物质转化率不变，故③④错误；
平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变，与物质的浓度无关，故⑤正确⑥错误；
压强增大，平衡正向进行，增大氮气的物质的量，氮气的浓度增大，⑦正确⑧错误；
综上所述①⑤⑦正确；
故答案为：①⑤⑦．

点评 本题考查了反应热的计算、化学平衡的有关计算、影响平衡常数的因素、化学平衡的移动与图象等，会根据反应方程式计算化学平衡常数，利用化学平衡常数与浓度商的关系确定反应方向，理解外界条件对平衡的影响是解答关键，题目难度中等．