Question

氮元素的單質及其化合物的研究和應用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的地位．工業(yè)制硝酸的主要反應之一是：
4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），△H=-akJ?mol^-1（a＞0）
（1）如果將4molNH₃和5molO₂放入容器中，達到平衡時放出熱量0.8akJ，則平衡時NH₃的轉化率為

 

．上述反應在

 

（高溫、低溫、任意溫度時）能自發(fā)進行．
（2）在一定條件下，容積固定的密閉容器中進行上述反應，NO的濃度與時間關系如圖所示，則NO的a、b、c三點的反應速率v（a正）、v（b逆）、v（c正）的大小關系是

 

．
（3）t℃時，在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應，容器內(nèi)各物質的濃度如下表：

濃度/mol?L-1 時間/min	c（NH3）	c（O2）	c（NO）	c（H2O）
起始	4.0	5.5	0	0
第2min	3.2	4.5	0.8	1.2
第4min	2.0	3.0	2.0	3.0
第6min	2.0	3.0	2.0	3.0

①第2min到第4mim，反應速率v（O₂）=

 

；
②第2min時改變了條件，改變的條件可能是

 

（從所給選項中選擇）；
A．降低溫度 B．增加了生成物 C．減小壓強 D．使用了高效催化劑
③在與第4min相同的溫度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的濃度都為2moI/L，則該反應

 

（填“正反應方向進行”、“逆反應方向進行”、“不移動”）．
（4）硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，不經(jīng)處理直接排放將污染空氣．尿素（H₂NCONH₂）是一種非常重要的高氮化肥，在溫度70-95℃時，工業(yè)尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉化為N₂，同時產(chǎn)生CO₂，則尿素與NO、NO₂三者等物質的量反應的化學方程式為

 

．
（5）目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮氣和水，其反應機理為：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+2H₂O（g），△H=-57kJ?mol^-1，
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=-1160kJ?mol^-1，則1mol甲烷直接將NO₂還原為N₂的反應熱為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,反應速率的定量表示方法

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式中物質的量和焓變計算反應的氨氣物質的量，結合轉化率=

消耗量

起始量

計算，依據(jù)自發(fā)進行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0分析判斷；
（2）依據(jù)反應過程中一氧化氮隨反應進行濃度增大，達到平衡狀態(tài)濃度不變分析；
（3）①先根據(jù)v=

△c

△t

計算一氧化氮的反應速率，再根據(jù)同一可逆反應中，同一時間段內(nèi)，各元素的反應速率之比等于其計量數(shù)之比確定氧氣的反應速率；
②先分析圖表，再根據(jù)外界對化學平衡的影響分析；
③根據(jù)濃度商與化學平衡常數(shù)的相對大小判斷移動方向；
（4）依據(jù)原子守恒配平書寫化學方程式；
（5）根據(jù)蓋斯定律來計算反應的焓變，進而書寫熱化學方程式．

解答： 解：（1）如果將4molNH₃和5molO₂放入容器中，達到平衡時放出熱量0.8akJ，則
      4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），△H=-akJ?mol^-1
起始量   4mol    5mol      0       0
焓變     4mol                                       aKJ
放熱       n                                          0.8aKJ
n=3.2mol
氨氣轉化率=

3.2mol

4mol

×100%=80%；
反應△H＜0，反應前后氣體體積增大△S＞0，則一定存在△H-T△S＜0，任意溫度反應都自發(fā)進行，
故答案為：80%；任意溫度；
（2）容積固定的密閉容器中進行上述反應，NO的濃度與時間關系分析可知隨反應進行，一氧化氮隨反應進行濃度增大，達到平衡狀態(tài)濃度不變，所以速率關系為：v（a正）＜v（b逆）=v（c正），
故答案為：v（a正）＜v（b逆）=v（c正）；
（3）①反應在第2min到第4min時，則v（O₂）=

4.5mol/L-3mol/L

4min-2min

=0.75mol/（L．min），故答案為：0.75mol/（L．min）；
②根據(jù)生成物第2min及第4min時物質的量濃度的變化量知，第2min到第4min時反應速率增大，且平衡向正反應方向移動，則第2min時改變了條件，使用催化劑反應速率增大，最后達到平衡狀態(tài)，故選D；
③第4min時，各種物質的濃度不變，說明該反應達到平衡狀態(tài)，化學平衡常數(shù)K=

(2.0)4×(3.0)6

(2.0)4×(3.0)5

=3.0，在與第4min相同的溫度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的濃度都為2moI/L，Q=

24×26

24×25

=2＜3，則平衡向正反應方向移動，故答案為：正反應方向；
（4）在溫度70-95℃時，工業(yè)尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉化為N₂，同時產(chǎn)生CO₂，則尿素與NO、NO₂三者等物質的量反應的化學方程式為：
CO（NH₂）₂+NO+NO₂=2N₂+CO₂+2H₂O，
故答案為：CO（NH₂）₂+NO+NO₂=2N₂+CO₂+2H₂O；
（5）根據(jù)題意：①

1

2

CH₄（g）+2NO₂（g）=2NO（g）+

1

2

CO₂（g）+H₂O（g）△H=

1

2

×（-574kJ?mol^-1）=-287kJ?mol^-1；
CH₄（g）+2NO（g）=N₂（g）+

1

2

CO₂（g）+H₂O（g）△H=

1

2

×（-1160kJ?mol^-1）=-580kJ?mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律反應CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1．
所以△H=-287kJ?mol^-1-580kJ?mol^-1=-867kJ?mol^-1，
故答案為：-867kJ?mol^-1．

點評：本題考查了反應熱量變化的計算和蓋斯定律應用，化學平衡移動原理的分析判斷，平衡常數(shù)、反應速率計算，掌握基礎是關鍵，題目難度較大．