Question

6．氮元素的单质及其化合物的研究和应用在工农业生产中有着非常重要的地位．工业制硝酸的主要反应之一是
4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-akJ．mol^-1（a＞0）
（1）如果将4mol NH₃和5molO₂放入容器中，达到平衡
时放出热量0.8akJ，则平衡时NH₃的转化率为80%．
（2）在一定条件下，容积固定的密闭容器中进行上述反应，NO的浓
度与时间关系如图所示，则NO的a、b、c三点的反应速率
v（a正）、v（b逆）、v（c正）的大小关系是v（a正）＜v（b逆）=v（c正）．
（3）t℃时，在容积固定的密闭容器中发生上述反应，容器内各物质的浓度如下表：

浓度/mol．l-1	C（NH3）	C（O2）	C（NO）	C（H2O）
时间/min
起始	4.0	5.5	0	0
第2min	3.2	4.5	0.8	1.2
第4min	2.0	3.0	2.0	3.0
第6min	3.0	3.0	2.0	3.0

A．第2min时改变了条件，改变的条件可能D．（从所给选项中选择）；
A．降低温度    B．增加了生成物    C．减小压强   D．使用了高效催化剂
B．在与第4min相同的温度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的浓度为2moI/L，则该反应正反应方向进行．（填“正反应方向进行”、“逆反应方向进行”、“不移动”）．
（4）目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水，其反应机理为：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂+2H₂O（g）△H=-574KJ．mol^-1
CH₄+（g）4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160KJ．mol^-1
则1mol甲烷直接将NO₂还原为N₂的焓变为-867kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式中物质的量和焓变计算反应的氨气物质的量，结合转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$计算；
（2）依据反应过程中一氧化氮随反应进行浓度增大，达到平衡状态浓度不变分析；
（3）A、先分析图表，再根据外界对化学平衡的影响分析；
B、根据浓度商与化学平衡常数的相对大小判断移动方向；
（4）根据题意：①$\frac{1}{2}$CH₄（g）+2NO₂（g）=2NO（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-574kJ•mol^-1）=-287kJ•mol^-1；
CH₄（g）+2NO（g）=N₂（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-1160kJ•mol^-1）=-580kJ•mol^-1；
根据盖斯定律反应CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，根据盖斯定律来计算反应的焓变，进而书写热化学方程式．

解答 解：（1）如果将4molNH₃和5molO₂放入容器中，达到平衡时放出热量0.8akJ，则
        4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），△H=-akJ•mol^-1
起始量   4mol    5mol      0       0
焓变     4mol                                     aKJ
放热       n                                      0.8aKJ
n=3.2mol
氨气转化率=$\frac{3.2mol}{4mol}$×100%=80%；
故答案为：80%；
（2）容积固定的密闭容器中进行上述反应，NO的浓度与时间关系分析可知随反应进行，一氧化氮随反应进行浓度增大，达到平衡状态浓度不变，所以速率关系为：v（a正）＜v（b逆）=v（c正），
故答案为：v（a正）＜v（b逆）=v（c正）；
（3）A、根据生成物第2min及第4min时物质的量浓度的变化量知，第2min到第4min时反应速率增大，且平衡向正反应方向移动，则第2min时改变了条件，使用催化剂反应速率增大，最后达到平衡状态，故选D；
B、第4min时，各种物质的浓度不变，说明该反应达到平衡状态，化学平衡常数K=$\frac{2．{0}^{4}×3．{0}^{6}}{2．{0}^{4}×3．{0}^{5}}$=3.0，在与第4min相同的温度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的浓度都为2moI/L，Q=$\frac{{2}^{4}×{2}^{6}}{{2}^{4}×{2}^{5}}$=2＜3，则平衡向正反应方向移动，故答案为：正反应方向进行；
（4）根据题意：①$\frac{1}{2}$CH₄（g）+2NO₂（g）=2NO（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-574kJ•mol^-1）=-287kJ•mol^-1；
CH₄（g）+2NO（g）=N₂（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-1160kJ•mol^-1）=-580kJ•mol^-1；
根据盖斯定律反应CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．
所以△H=-287kJ•mol^-1-580kJ•mol^-1=-867kJ•mol^-1，
故答案为：-867kJ•mol^-1．

点评 本题考查了反应热量变化的计算和盖斯定律应用，化学平衡移动原理的分析判断，平衡常数、反应速率计算，掌握基础是关键，题目难度较大．