Question

6．氮、碳都是重要的非金属元素，含氮、碳元素的物质在工业生产中有重要的应用．
（1）一定条件下，铁可以和CO₂发生反应：Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），已知该反应的平衡常数K与温度T的关系如图所示．
①该反应的逆反应是放热（填“吸热”或“放热”）反应．
②T℃、p pa压强下，在体积为VL的容器中进行反应，下列能说明反应达到平衡状态的是A．
A、混合气体的平均相对分子质量不再变化；
B、容器内压强不再变化；
C、v_正（CO₂）=v_逆（FeO）
③T₁温度下，向体积为V L的密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂，反应过程中CO和CO₂物质的量与时间的关系如图乙所示．则CO₂的平衡转化率为$\frac{2}{3}$（用分数表示），平衡时混合气体的密度与起始时气体的密度之比为$\frac{25}{33}$（分数表示）．
（2）在恒温条件下，起始时容积均为5L的甲、乙两密闭容器中（甲为恒容容器、乙为恒压容器），均进行反应：N₂+3H₂?2NH₃，有关数据及平衡状态特定如表．

容器	起始投入			达平衡时
甲	2mol N2	3mol H2	0mol NH3	1.5mol NH3	同种物质的体积分数相同
乙	a mol N2	b mol H2	0mol NH3	1.2mol NH3

起始时乙容器中的压强是甲容器的0.8倍．
（3）一定条件下，2.24L（折算为标准状况）N₂O和CO的混合气体在点燃条件恰好完全反应，放出b kJ热量．生成的3种产物均为大气组成气体，并测得反应后气体的密度是反应前气体密度的 $\frac{6}{7}$倍．请写出该反应的热化学方程式4N₂O（g）+2CO（g）═4N₂（g）+2CO₂（g）+O₂（g）△H=-60bkJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①图象甲中平衡常数曲线随温度升高增大，说明正反应为吸热反应，逆向为放热反应；
②当反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等（同种物质），各物质的浓度、含量不再改变，以及由此衍生的一些物理量也不变，以此进行判断；
③T₁温度下反应的平衡常数为2，结合平衡三段式列式计算，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，平衡时混合气体的密度与起始时气体的密度之比为气体摩尔质量之比；
（2）依据图表数据和平衡三段式列式计算，气体压强之比等于气体物质的量之比；
（3）N₂O和CO的混合气体在点燃条件恰好完全反应，放出bkJ热量．生成的3种产物均为大气组成气体，为氮气、氧气和二氧化碳，反应后气体的密度是反应前气体密度的 $\frac{6}{7}$倍．相同条件下密度之比等于气体物质的量之比，由于产生三种可参与大气循环的气体，产生的气体为二氧化碳、氮气和氧气，N₂O和CO可能发生的反应只能为：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反应后气体密度减小为反应前的$\frac{6}{7}$，结合质量守恒可知，反应后气体体积增大为反应前的$\frac{7}{6}$，即增大了$\frac{1}{6}$体积，上述两个反应第一个反应前后体积不变，而第二个反应2体积的N₂O反应后增大为3体积的N₂和O₂混合气体，因此可知在原混合气体中有$\frac{1}{3}$体积的N₂O直接发生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$体积气体中有$\frac{1}{3}$体积的N₂O和$\frac{1}{3}$体积的CO发生了第一个反应，据此据此N₂O与CO所组成的混合物中气体的体积之比；结合热化学方程式书写方法标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出．

解答 解：（1）①图象甲中平衡常数曲线随温度升高而增大，说明正反应为吸热反应，逆向为放热反应，
故答案为：放热；
②Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），反应前后是气体体积不变的放热反应，
A、反应前后气体物质的量不变，气体质量发生变化，混合气体的平均相对分子质量不再变化，说明反应达到平衡状态，A正确；
B、反应前后气体体积不变，容器内压强始终不发生变化，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C、氧化亚铁是固体，不能表示反应速率，故C错误；
故答案为：A；
③T₁温度下，向体积为V L的密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂，平衡常数为2，设二氧化碳起始量为x，变化量为y，
        Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量           x                0
变化量           y                y
平衡量         x-y                y
平衡常数K=$\frac{y}{x-y}$=2，所以$\frac{y}{x}$=$\frac{2}{3}$，
二氧化碳转化率$\frac{y}{x}$=$\frac{2}{3}$，
平衡时混合气体的密度与起始时气体的密度之比为气体摩尔质量之比=$\frac{44（x-y）+28y}{x}$：44=$\frac{25}{33}$，
故答案为：$\frac{2}{3}$； $\frac{25}{33}$；
（2）甲、乙两组实验中同种物质的体积分数相同，说明达到相同的平衡状态，乙容器体积V，$\frac{1.5mol}{5L}$=$\frac{1.2mol}{V}$，V=4L
     甲组     N₂+3H₂?2NH₃，
起始量       2    3     0
变化量    0.75   2.25  1.5
平衡量    1.25   0.75   1.5
乙组      N₂+3H₂?2NH₃，
起始量   a     b       0
变化量 0.6    1.8     1.2
平衡量 a-0.6 b-1.8    1.2
$\frac{1.25mol}{5L}=\frac{（a-0.6）mol}{4L}$，a=1.6mol
$\frac{0.75mol}{5L}$=$\frac{（b-1.8）mol}{4L}$，b=2.4mol
起始时乙容器中的压强是甲容器的倍数 $\frac{1.6mol+2.4mol}{2mol+3mol}$=0.8
故答案为：0.8；
（4）由于产生三种可参与大气循环的气体，则N₂O和CO可能发生的反应只能为：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反应后气体密度减小为反应前的 $\frac{6}{7}$，结合质量守恒可知，反应后气体体积增大为反应前的 $\frac{7}{6}$，即增大了 $\frac{1}{6}$体积，上述两个反应第一个反应前后体积不变，而第二个反应2体积的N₂O反应后增大为3体积的N₂和O₂混合气体，因此可知在原混合气体中有$\frac{1}{3}$体积的N₂O直接发生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$体积气体中有$\frac{1}{3}$体积的N₂O和$\frac{1}{3}$体积的CO发生了第一个反应，即混合气体中有 $\frac{1}{15}$mol的N₂O和$\frac{1}{30}$ mol的CO，体积比为2：1，则配平得到反应的化学方程式为；4N₂O（g）+2CO（g）═4N₂（g）+2CO₂（g）+O₂（g），2.24L（折算为标准状况）N₂O和CO的混合气体物质的量为0.1mol，在点燃条件恰好完全反应，放出bkJ热量，则6mol混合气体完全燃烧放热60bKJ，则热化学方程式为：4N₂O（g）+2CO（g）═4N₂（g）+2CO₂（g）+O₂（g）△H=-60b kJ•mol^-1，
故答案为：4N₂O（g）+2CO（g）═4N₂（g）+2CO₂（g）+O₂（g）△H=-60b kJ•mol^-1．

点评 本题考查了化学平衡图象分析，影响因素判断，热化学方程式书写，混合物反应的计算，题目难度中等，涉及焓变、反应热、物质的量的计算，试题计算量较大，充分考查学生的分析、理解能力及化学计算能力，明确发生反应的原理为解答关键．