Question

14．氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．
（1）图1是1molNO₂和1mol CO反应生成CO₂和NO过程中能量变化示意图，请写出NO₂和CO反应的热化学方程式CO（g）+NO₂（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234KJ/mol．

（2）在固定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1  用一定物质的量的N₂和H₂合成NH₃，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃且恒定不变，在其它条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时NH₃的质量分数如图2所示：
此时甲、乙、丙三个容器中一定达到化学平衡状态的是丙容器，都达到平衡状态时，NH₃的质量分数最高的是甲容器（填甲、乙、丙）．
图3是实验室在三个不同条件的密闭容器中，分别加入浓度均为c（N₂）=0.10mol/L，c（H₂）=0.26mol/L进行反应时，N₂的浓度随时间的变化如图①、②、③曲线所示．
Ⅰ该反应实验②平衡时H₂的转化率为46.15%．
Ⅱ据图3所示，②装置中有一个条件与①不同，请指出②相对①改变的条件加入催化剂．
Ⅲ计算实验③的平衡常数为2.5L²•mol^-2．
（3）铜与一定浓度硝酸反应时方程式可表示为：Cu+HNO₃一Cu（NO₃）₂+NO+NO₂+H₂O（方程式未配平）．3.2g Cu被硝酸完全溶解后，如果得到的NO和NO₂物质的量相同，则得到标准状况下NO体积为0.56L．

Answer 1

分析 （1）根据能量变化图，反应热=正反应的活化能-逆反应的活化能，结合热化学方程式的书写规则书写；
（2）依据氨气的质量分数变化可知，随温度升高，化学平衡应逆向进行，氨气的质量分数减小，丙氨气质量分数最小，所以丙一定是平衡状态，达到平衡状态，温度越高平衡逆向进行程度越大，氨气质量分数越小；
Ⅰ、实验②平衡时H2的转化率为α（H₂）=$\frac{氢气浓度的变化量}{氢气浓度的起始量}×100%$．
Ⅱ、②到达平衡的时间比①短平衡时N₂的浓度与①相同，化学平衡不移动；
Ⅲ、由平衡时氮气的浓度，通过三段式计算平衡时氮气氢气氨气的浓度，由平衡常数概念计算．
（3）铜与硝酸发生氧化还原反应，铜失去电子给硝酸中的氮元素，氧化还原反应得失电子总数相等，即铜失去的电子数=氮得到的电子数，可得答案．

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CO（g）+NO₂（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234  KJ/mol，
故答案为：CO（g）+NO₂（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234  KJ/mol
（2）该反应是从正反应方向开始的，所以随着反应的进行，氨气的浓度逐渐增大，其含量也在不断升高，当反应达到平衡时达到最大值．此后，随着反应温度的升高，化学平衡逆向移动，氨气的浓度逐渐降低，其含量也在不断减少．由于T₃比T₂时少，说明T₃的状态丙是已经达到平衡状态的．若三者都达到平衡状态．由于温度T₁＜T₂＜T₃．升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，氨气的质量分数降低．温度越高，逆向进行的程度越大，氨气质量分数越低，所以在都达到平衡状态时，氨气的质量分数最高的是甲．
Ⅰ、因为浓度变化量之比等于化学计量数之比，所以△c（H₂）=3△c（N₂）=3×（0.1-0.06 ）mol/L=0.12mol/L，实验②平衡时H2的转化率为α（H₂）=$\frac{氢气浓度的变化量}{氢气浓度的起始量}×100%$=$\frac{0.12}{0.26}×100%$=46.15%．
Ⅱ、根据图示的信息可知：②到达平衡的时间比①短，到达平衡时N2的浓度与①相同，化学平衡不移动，故②与①相比加了催化剂．
Ⅲ、根据三段式计算得到平衡时各物质的浓度
                 N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）
起始浓度：0.1                           0.26                       0
转化浓度：0.1-0.08=0.02          0.02×3=0.06            0.02×2=0.04
平衡浓度：0.08                      0.26-0.06=0.2               0.04
平衡常数K=$\frac{0.04^2}{0.08×0.2^3}$L²•mol^-2=2.5L²•mol^-2
故答案为：丙； 甲；46.15%；加入催化剂；2.5L²•mol^-2；
（3）参与反应的n（铜）=$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.5mol，设生成的NO的物质的量为x，则NO₂的物质的量也为x，氧化还原反应中得失电子总数相等，铜失去的电子总数=氮得到的电子总数，则有0.05mol×2=3x+x，x=0.025mol，NO的体积为0.025mol×22.4L/mol=0.56L，
故答案为：0.56．

点评 本题考查了热化学方程式的书写，化学平衡和氧化还原反应的规律，其中化学平的综合考查难度稍大．