Question

9．氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要应用，减少氮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^-l
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-l
2C（s）+O ₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ•mol^-l
若某反应的平衡常数表达式为：k=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）•{c}^{2}（CO）}$，请写出此反应的热化学方程式2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•molˉ¹．
（2）N₂O₅在一定条件下可发生分解：2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O_2（g）．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）/（mol•L-1）	1.00	0.71	0.50	0.35	0.25	0.17

①反应开始时体系压强为P₀，第3.00min时体系压强为p₁，则p₁：p₀=1.975；2.00min～5.00min内，O₂的平均反应速率为0.055mol•Lˉ¹•minˉ¹．
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．气体的平均相对分子质量为43.2，且保持不变
（3）N₂O ₄与NO₂之间存在反应：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=QkJ•mol^-1．将一定量的NO放入恒容密闭容器中，测得其平衡转化率[α（N₂O₄）]随温度变化如图1所示．

如图1中a点对应温度下，已知N₂O₄的起始压强p₀为200kPa，该温度下反应的平衡常数K_p=213.3KPa（小数点后保留一位数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．
（4）将固体氢氧化钠投入0.1mol/L的HN₃（氢叠氮酸）溶液当中，溶液的体积1L（溶液体积变化忽略不计）溶液的pH变化如图2所示，HN₃的电离平衡常数K=1×10^-5，B点时溶液的pH=7，计算B点时加入氢氧化钠的物质的量0.099mol（保留两位有效数字）．

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）①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；
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）化学平衡常数K=$\frac{生成物平衡分压幂次方乘积}{反应物平衡分压幂次方乘积}$；
（4）根据电荷守恒及电离常数进行计算．

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•molˉ¹；
（2）①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p：p₀=（0.35+1.30+0.325）mol：1.00mol=1.975，2.00min～5.00min内，v（N₂O₅）=$\frac{0.5-0.17}{5-2}$mol/（L．min）=0.11mol/（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）=0.055mol•L^-1•min^-1，
故答案为：1.975； 0.055 mol•Lˉ¹•minˉ¹；
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．平衡时，气体的平均相对分子质量为大于43.2，且保持不变．故d错误．
故答案为：a；
（3）四氧化二氮的转化率是0.4，设原来四氧化二的物质的量为xmol，转化的物质的量为0.8xmol，则混合气体的物质的量=（x-0.4x+0.8x）mol=1.4xmol，相同条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，所以反应后压强=$\frac{200KPa}{1.4xmol}$=280KPa，
四氧化二氮的分压=280KPa×$\frac{0.6xmol}{1.4xmol}$=120KPa，
二氧化氮的分压=280KPa×$\frac{0.8x}{1.4x}$=160KPa，
化学平衡常数K=$\frac{生成物平衡分压幂次方乘积}{反应物平衡分压幂次方乘积}$=$\frac{16{0}^{2}}{120}$=213.3KPa，
故答案为：213.3KPa；
（4）由电荷守恒式c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（N₃^-）和B点时溶液的pH=7得：c（Na⁺）=c（N₃^-）
设氢氧化钠的物质的量为xmol
依据HN₃?H⁺+N₃^-的电离平衡：K=1×10^-5=$\frac{c（{H}^{+}）c（{{N}_{3}}^{-}）}{c（）H{N}_{3}}$=$\frac{1{0}^{-7}×x}{0.1-x}$
解得：x=0.099mol
故答案为：0.099．

点评 本题考查化学平衡有关计算，为高频考点，涉及平衡计算、盖斯定律等知识点，侧重考查学生分析计算及获取信息解答问题能力，难点是（3）题平衡常数的计算，注意分压的计算方法，题目难度中等．