Question

3．氮是大氣中含量豐富的一種元素，氮及其化合物在生產(chǎn)、生活中有著重要作用，減少氮氧化物的排放是環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容之一．請回答下列氮及其化合物的相關(guān)問題：
（1）據(jù)報(bào)道，意大利科學(xué)家獲得了極具研究價(jià)值的N₄，其分子結(jié)構(gòu)與白磷分子的正四面體結(jié)構(gòu)相似．已知斷裂1mol N-N鍵吸收167kJ熱量，生成1mol N≡N鍵放出942kJ熱量，請寫出N₄氣體轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol．
（2）在T₁℃時(shí)，將5mol N₂O₅置于10L固定容積的密閉容器中發(fā)生下列反應(yīng)：2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g）；△H＞0．反應(yīng)至5分鐘時(shí)各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，測得NO₂的體積分?jǐn)?shù)為50%．
①求該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{2}}$（數(shù)字代入式子即可），上述平衡體系中O₂的體積分?jǐn)?shù)為12.5%．
②用O₂表示從0～5min內(nèi)該反應(yīng)的平均速率υ（O₂）=0.02mol/（L•min）．
③將上述平衡體系的溫度降至T₂℃，密閉容器內(nèi)減小的物理量有AC．
A．壓強(qiáng)      B．密度       C．反應(yīng)速率       D．N₂O₅的濃度
（3）在恒溫恒容的密閉容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂（g）?N₂O₄（g），平衡時(shí)N₂O₄與NO₂的物質(zhì)的量之比為a，其它條件不變的情況下，分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，平衡后引起的變化正確的是B．
A．都引起a減小   
B．都引起a增大   
C．充入NO₂引起a減小，充入N₂O₄引起a增大
D．充入NO₂引起a增大，充入N₂O₄引起a減�。�

Answer 1

分析 （1）N₄氣體轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂氣體先破壞N₄分子N-N鍵吸收能量，再生成N₂分子形成N≡N鍵放出能量，注意一個(gè)N₄分子中含有6個(gè)N-N鍵，根據(jù)能量的變化寫出熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）根據(jù)三段式計(jì)算出各組分的物質(zhì)的量的變化量、平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量；
①平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值，即k=$\frac{c{（{O}_{2}）×c}^{4}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}$；根據(jù)體積分?jǐn)?shù)等于氧氣物質(zhì)的量除以混合氣體總物質(zhì)的量計(jì)算O₂的體積分?jǐn)?shù)；
②根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（O₂）；
③該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，降低溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，再根據(jù)選項(xiàng)具體分析；
（3）平衡后分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，相當(dāng)于增大體系壓強(qiáng)，二氧化氮平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡時(shí)N₂O₄與NO₂的物質(zhì)的量之比為a增大．

解答 解：（1）根據(jù)原子守恒知，一個(gè)N₄分子生成2個(gè)N₂分子，一個(gè)N₄分子中含有6個(gè)N-N鍵，破壞1molN₄分子中含有6molN-N鍵需要吸收167kJ/mol×6mol=1002kJ能量；生成2molN≡N鍵放出942kJ/mol×2mol=1884kJ能量，所以該反應(yīng)放出1884kJ-1002kJ=882kJ能量，所以熱化學(xué)反應(yīng)方程式為N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol，
故答案為：N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol；
（2）令平衡時(shí)O₂的物質(zhì)的量為nmol，則
    對于反應(yīng) 2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g），
開始（mol）：5            0         0
變化（mol）：2n           4n        n
平衡（mol）：5-2n         4n        n
所以$\frac{4n}{（5-2n）+4n+n}$×100%=50%，解得n=1，
①由上述計(jì)算知平衡時(shí)N₂O₅3mol、NO₂4mol、O₂1mol．所以平衡時(shí)N₂O₅的濃度為$\frac{3mol}{10L}$=0.3mol/L，平衡時(shí)NO₂的濃度為$\frac{4mol}{10L}$=0.4mol/L，平衡時(shí)O₂的濃度為$\frac{1mol}{10L}$=0.1mol/L，
所以平衡常數(shù)k=$\frac{c{（{O}_{2}）×c}^{4}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}$=$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{2}}$，
平衡時(shí)O₂的物質(zhì)的量為NO₂的$\frac{1}{4}$，所以O(shè)₂的體積分?jǐn)?shù)也為NO₂的體積分?jǐn)?shù)的$\frac{1}{4}$，
所以O(shè)₂的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{1}{4}$×50%=12.5%，
故答案為：$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{2}}$；12.5%；
②由上述計(jì)算知平衡時(shí)O₂的質(zhì)的量為1mol，
從0～5min內(nèi)用O₂表示該反應(yīng)的平均速率v（O₂）=$\frac{\frac{1mol}{10L}}{5min}$=0.02mol/（L•min），
故答案為：0.02mol/（L•min）；
③A．該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，降低溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，由于反應(yīng)前氣體體積比反應(yīng)后小，所以壓強(qiáng)減小，故A正確；
B．都為氣體，總質(zhì)量不變，體積不變，所以密度不變，故B錯(cuò)誤；
C．溫度降低，反應(yīng)速率降低，故C正確；
D．該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，降低溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，N₂O₅的濃度增加，故D錯(cuò)誤；
故選：AC；
（3）在恒溫恒容的密閉容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂（g）?N₂O₄（g），平衡后分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，相當(dāng)于增大體系壓強(qiáng)，二氧化氮平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡時(shí)N₂O₄與NO₂的物質(zhì)的量之比為a增大；
故答案為：B．

點(diǎn)評 本題考查了反應(yīng)熱、原電池電極反應(yīng)、平衡常數(shù)反應(yīng)速率的影響因素分析判斷，化學(xué)平衡移動、化學(xué)平衡常數(shù)及計(jì)算等，難度中等，考查學(xué)生分析和解決問題的能力和對知識的掌握．