Question

6．氮、碳都是重要的非金屬元素，含氮、碳元素的物質(zhì)在工業(yè)生產(chǎn)中有重要的應(yīng)用．
（1）請寫出工業(yè)上由NH₃制取NO的化學(xué)方程式4NH₃+5O_{2$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$} 4NO+6H₂O．
（2）一定條件下，鐵可以和CO₂發(fā)生反應(yīng)：Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），已知該反應(yīng)的平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如圖所示．

①該反應(yīng)的逆反應(yīng)是放熱（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
②T℃、P pa壓強(qiáng)下，在體積為VL的容器中進(jìn)行反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是A．
A、混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化；
B、容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化；
C、v_正（CO₂）=v_逆（FeO）
③T₁溫度下，向體積為V L的密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO₂，反應(yīng)過程中CO和CO₂物質(zhì)的量與時間的關(guān)系如圖乙所示．則CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{2}{3}$，平衡時混合氣體的密度與起始時氣體的密度之比為$\frac{25}{33}$．
（3）在恒溫條件下，起始時容積均為5L的甲、乙兩密閉容器中（甲為恒容容器、乙為恒壓容器），均進(jìn)行反應(yīng)：N₂+3H₂?2NH₃，有關(guān)數(shù)據(jù)及平衡狀態(tài)特定見表．

容器	起始投入			達(dá)平衡時
甲	2mol N2	3mol H2	0mol NH3	1.5mol NH3	同種物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)相同
乙	a mol N2	b mol H2	0mol NH3	1.2mol NH3

起始時乙容器中的壓強(qiáng)是甲容器的0.8倍．
（4）一定條件下，2.24L（折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）N₂O和CO的混合氣體在點燃條件恰好完全反應(yīng)，放出bkJ熱量．生成的3種產(chǎn)物均為大氣組成氣體，并測得反應(yīng)后氣體的密度是反應(yīng)前氣體密度的 $\frac{6}{7}$倍．請寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式4N₂O（g）+2CO（g）═4N₂（g）+2CO₂（g）+O₂（g）△H=-60bkJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）氨氣在催化劑作用下加熱反應(yīng)生成一氧化氮和水；
（2）①圖象甲中平衡常數(shù)曲線隨溫度升高增大，說明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，逆向為放熱反應(yīng)；
②當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正、逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)），各物質(zhì)的濃度、含量不再改變，以及由此衍生的一些物理量也不變，以此進(jìn)行判斷；
③T₁溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為2，結(jié)合平衡三段式列式計算，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，平衡時混合氣體的密度與起始時氣體的密度之比為氣體摩爾質(zhì)量之比；
（3）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)和平衡三段式列式計算，氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比；
（4）N₂O和CO的混合氣體在點燃條件恰好完全反應(yīng)，放出bkJ熱量．生成的3種產(chǎn)物均為大氣組成氣體，為氮氣、氧氣和二氧化碳，反應(yīng)后氣體的密度是反應(yīng)前氣體密度的 $\frac{6}{7}$倍．相同條件下密度之比等于氣體物質(zhì)的量之比，由于產(chǎn)生三種可參與大氣循環(huán)的氣體，產(chǎn)生的氣體為二氧化碳、氮氣和氧氣，N₂O和CO可能發(fā)生的反應(yīng)只能為：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反應(yīng)后氣體密度減小為反應(yīng)前的$\frac{6}{7}$，結(jié)合質(zhì)量守恒可知，反應(yīng)后氣體體積增大為反應(yīng)前的$\frac{7}{6}$，即增大了$\frac{1}{6}$體積，上述兩個反應(yīng)第一個反應(yīng)前后體積不變，而第二個反應(yīng)2體積的N₂O反應(yīng)后增大為3體積的N₂和O₂混合氣體，因此可知在原混合氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O直接發(fā)生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$體積氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O和$\frac{1}{3}$體積的CO發(fā)生了第一個反應(yīng)，據(jù)此據(jù)此N₂O與CO所組成的混合物中氣體的體積之比；結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出．

解答 解：：（1）氨氣在催化劑作用下加熱反應(yīng)生成一氧化氮和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）①圖象甲中平衡常數(shù)曲線隨溫度升高而增大，說明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，逆向為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；
②Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），反應(yīng)前后是氣體體積不變的放熱反應(yīng)，
A、反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，氣體質(zhì)量發(fā)生變化，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A正確；
B、反應(yīng)前后氣體體積不變，容器內(nèi)壓強(qiáng)始終不發(fā)生變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C、氧化亞鐵是固體，不能表示反應(yīng)速率，故C錯誤；
故答案為：A；
③T₁溫度下，向體積為V L的密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO₂，平衡常數(shù)為2，設(shè)二氧化碳起始量為x，變化量為y，
        Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量           x                0
變化量           y                y
平衡量         x-y                y
平衡常數(shù)K=$\frac{y}{x-y}$=2
$\frac{y}{x}$=$\frac{2}{3}$
二氧化碳轉(zhuǎn)化率=$\frac{y}{x}$=$\frac{2}{3}$，
平衡時混合氣體的密度與起始時氣體的密度之比為氣體摩爾質(zhì)量之比=$\frac{44（x-y）+28y}{x}$：44=25：33，
故答案為：$\frac{2}{3}$，$\frac{25}{33}$；
（3）甲、乙兩組實驗中同種物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)相同，說明達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，乙容器體積V，$\frac{1.5mol}{5L}$=$\frac{1.2mol}{V}$，V=4L
     甲組     N₂+3H₂?2NH₃，
起始量       2    3     0
變化量    0.75   2.25  1.5
平衡量    1.25   0.75   1.5
乙組      N₂+3H₂?2NH₃，
起始量   a     b       0
變化量 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
起始時乙容器中的壓強(qiáng)是甲容器的倍數(shù)$\frac{1.6mol+2.4mol}{2mol+3mol}$=0.8
為：0.8；
（4）由于產(chǎn)生三種可參與大氣循環(huán)的氣體，則N₂O和CO可能發(fā)生的反應(yīng)只能為：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反應(yīng)后氣體密度減小為反應(yīng)前的$\frac{6}{7}$，結(jié)合質(zhì)量守恒可知，反應(yīng)后氣體體積增大為反應(yīng)前的$\frac{7}{6}$，即增大了$\frac{1}{6}$體積，上述兩個反應(yīng)第一個反應(yīng)前后體積不變，而第二個反應(yīng)2體積的N₂O反應(yīng)后增大為3體積的N₂和O₂混合氣體，因此可知在原混合氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O直接發(fā)生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$體積氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O和$\frac{1}{3}$體積的CO發(fā)生了第一個反應(yīng)，即混合氣體中有$\frac{1}{15}$mol的N₂O和$\frac{1}{30}$mol的CO，體積比為2：1，則配平得到反應(yīng)的化學(xué)方程式為；4N₂O（g）+2CO（g）═4N₂（g）+2CO₂（g）+O₂（g），2.24L（折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）N₂O和CO的混合氣體物質(zhì)的量為0.1mol，在點燃條件恰好完全反應(yīng)，放出bkJ熱量，則6mol混合氣體完全燃燒放熱60bKJ，則熱化學(xué)方程式為：4N₂O（g）+2CO（g）═4N₂（g）+2CO₂（g）+O₂（g）△H=-60b kJ•mol^-1，
故答案為：4N₂O（g）+2CO（g）═4N₂（g）+2CO₂（g）+O₂（g）△H=-60b kJ•mol^-1．

點評 本題考查了化學(xué)平衡圖象分析，影響因素判斷，熱化學(xué)方程式書寫，混合物反應(yīng)的計算，題目難度中等，涉及焓變、反應(yīng)熱、物質(zhì)的量的計算，試題計算量較大，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計算能力，明確發(fā)生反應(yīng)的原理為解答關(guān)鍵．