Question

【題目】氮是重要的非金屬元素，其化合物在生產(chǎn)、生活中廣泛存在。

(1)鍵能是指在將1mol理想氣體分子AB拆開為中性氣態(tài)原子A和B所需的能量。已知下列化學(xué)鍵的鍵能如下表：

化學(xué)鍵	N≡N	O=O	N—N	N—H	O—H
鍵能/ kJ·mol1	946	497	193	391	463

寫出1mol氣態(tài)肼(H2N—NH2)燃燒生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的熱化學(xué)方程式________。

(2)用焦炭還原NO的反應(yīng)為：2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)，向容積均為1L的甲、乙、丙三個(gè)恒容恒溫(反應(yīng)溫度分別為400℃、400℃、T℃)容器中分別加入足量的焦炭和一定量的NO，測得各容器中n(NO)隨反應(yīng)時(shí)間t的變化情況如下表所示：

t/min	0	10	20	30	40
n(NO)(甲容器)/mol	2.00	1.50	1.10	0.80	0.80
n(NO)(乙容器)/mol	1.00	0.80	0.65	0.53	0.45
n(NO)(丙容器)/mol	2.00	1.45	1.00	1.00	1.00

① 該反應(yīng)為________(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。

② 乙容器在50min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，則NO的濃度是____________，0～50min內(nèi)用NO的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(NO)=____________。

(3)用焦炭還原NO2的反應(yīng)為：2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)，在恒溫條件下，1molNO2和足量C發(fā)生該反應(yīng)，測得平衡時(shí)NO2和CO2的物質(zhì)的量濃度與平衡總壓的關(guān)系如圖所示：

① A、C兩點(diǎn)的濃度平衡常數(shù)關(guān)系：Kc(A)______Kc(C)(填“<”、“>”或“=”)。

② A、B、C三點(diǎn)中NO2的轉(zhuǎn)化率最高的是______(填“A”、“B”或“C”)點(diǎn)。

③ 計(jì)算B點(diǎn)時(shí)該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp(B)=______(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

Answer 1

【答案】N2H4(g)+ O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H＝－544 kJmol1 放熱 0.4 molL－1 0.012molL－1min－1 ＝ C 3 MPa

【解析】

利用鍵能數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)熱，利用定義計(jì)算反應(yīng)速率。溫度、壓強(qiáng)對反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系、利用三段式計(jì)算壓強(qiáng)平衡常數(shù)。

(1)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是反應(yīng)物中化學(xué)鍵斷裂和生成物中化學(xué)鍵的形成，其反應(yīng)熱△H等于反應(yīng)物總鍵能減生成物總鍵能。則N2H4(g)+ O2(g)=N2(g)+2H2O(g)的△H＝（193+391×4+497） kJ·mol1－（946+463×4） kJ·mol1＝－544 kJmol1。

(2)①甲、丙容器分別經(jīng)30min、20min達(dá)到平衡，則400 ℃<T ℃。從甲平衡到丙平衡，升高溫度使n(NO)增大，即逆反應(yīng)吸熱、正反應(yīng)放熱。

②反應(yīng)2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)中氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不能使平衡移動(dòng)。甲、乙容器同溫，起始時(shí)乙中n(NO)是甲中的一半，則平衡時(shí)乙中n(NO)也是甲中的一半。平衡時(shí)乙容器中NO濃度是0.4 mol/1L=0.4 molL－1，0～50min平均反應(yīng)速率v(NO)=(1.00 molL－1－0.4 molL－1)/50min=0.012molL－1min－1。

(3)①化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與濃度、壓強(qiáng)等無關(guān)，故Kc(A)＝Kc(C) 。

② 按A、B、C順序，平衡總壓減小，平衡右移使NO2的轉(zhuǎn)化率增大。NO2的轉(zhuǎn)化率最高的是C點(diǎn)。

③用B點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp(B)

設(shè)生成氮?dú)馕镔|(zhì)的量為x。

T 2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)

起始/mol： 1 0 0

轉(zhuǎn)化/mol： 2x x 2x

平衡/mol： 1－2x x 2x

圖中B點(diǎn)平衡體系總壓為15MPa、且NO2和CO2的物質(zhì)的量濃度相等。則1－2x＝2x，則x＝0.25mol。

NO2、N2、CO2的物質(zhì)的量分別是0.5mol、0.25mol、0.5mol，分壓分別是6MPa、3MPa、6MPa。故Kp(B)＝＝3MPa。