Question

8．碳和氮的許多化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中有重要的作用．
（1）以CO₂與NH₃為原料可合成化肥尿素[化學式為CO（NH₂）₂]．已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
則反應2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）的△H=-87.0kJ•mol^-1
（2）用活性炭還原法可以處理氮氧化物．某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H=Q kJ•mol^-1．
在T₁℃時，反應進行到同時間測得各物質(zhì)的濃度如下；30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，各物質(zhì)濃度如表所．

時間（min） 濃度（mol/L）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
CO2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①0～10min內(nèi)，NO的平均反應速率v（NO）=0.042mol•L^-1•min^-1，T₁℃時，該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{9}{16}$；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，各物質(zhì)濃度如表所示．根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是bc（填字母編號）．
a．加入一定量的活性炭     b．通入一定量的NO      c．適當縮小容器的體積
d．加入合適的催化劑       e．升高溫度
③30min后，如果將溫度升高至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則 Q＜0（填“＞”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律，①+②-③計算得到；
（2）①分析圖表數(shù)據(jù)結合反應速率概念是單位時間內(nèi)物質(zhì)濃度變化計算化學反應速率，V=$\frac{△c}{△t}$計算得到反應速率，計算平衡濃度得到平衡常數(shù)，k=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，結合平衡濃度計算平衡常數(shù)和濃度變化分析判斷，30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，依據(jù)平衡常數(shù)計算K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.36×0.36}{0.4{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$，平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比從為5：3：3，氮氣和二氧化碳難度之比始終為1：1，所以5：3＞4：3，說明平衡向逆反應方向移動；

解答 解：（1）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（S）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=1165kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H=44.0kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算得到，①+②-③
則反應2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87KJ/mol；
（2）①0～10min內(nèi)，NO的平均反應速率v（NO）=$\frac{1.00mol/L-0.58mol/L}{10min}$=0.042mol•L^-1•min^-1；
C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），平衡濃度c（N₂）=0.3mol/L；c（CO₂）=0.3mol/L；c（NO）=0.4mol/L；反應的平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.3×0.3}{0．{4}^{2}}$=$\frac{9}{16}$；
故答案為：0.042mol•L^-1•min^-1，$\frac{9}{16}$；
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g），依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，依據(jù)平衡常數(shù)計算K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.36×0.36}{0.4{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$，平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮氣濃度增大，二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反應前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；
a．加入一定量的活性炭，碳是固體對平衡無影響，平衡不動，故a錯誤；
b．通入一定量的NO，新平衡狀態(tài)下物質(zhì)平衡濃度增大，故b正確；
c．適當縮小容器的體積，反應前后體積不變，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，故c正確；
d．加入合適的催化劑，催化劑只改變化學反應速率，不改變化學平衡，故d錯誤；
故答案為：bc；
③若30min后升高溫度至T₂℃，達到平衡時，容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比從為5：3：3，氮氣和二氧化碳難度之比始終為1：1，所以5：3＞4：3，說明平衡向逆反應方向移動，說明逆反應是吸熱反應，則正反應是放熱反應，故選＜，
故答案為：＜．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡的影響因素分析化學平衡移動原理的應用，平衡常數(shù)計算判斷，題目難度中等．