Question

【題目】1799年，英國(guó)化學(xué)家漢弗萊·戴維發(fā)現(xiàn)了N2O氣體。在食品行業(yè)中，N2O可用作發(fā)泡劑和密封劑。

(1)N2O是硝酸生產(chǎn)中氨催化氧化的副產(chǎn)物，NH3與O2在加熱和催化劑的作用下生成N2O的化學(xué)方程式為_________。

(2)N2O在金粉表面發(fā)生熱分解反應(yīng)：2N2O(g) ＝2N2(g)+O2(g) △H。

已知：2NH3(g) + 3N2O(g) ＝ 4N2(g) + 3 H2O(l) △H1

4NH3(g) + 3O2(g) ＝ 2N2(g) + 6H2O(l) △H2

△H= _________(用含△H1、△H2的代數(shù)式表示)。

(3)N2O和CO是環(huán)境污染性氣體，這兩種氣體會(huì)發(fā)生反應(yīng)：N2O(g)+CO)(g)CO2(g)十N2(g)，“Fe+”常用作該反應(yīng)的催化劑。 其總反應(yīng)分兩步進(jìn)行：

第一步為Fe+ +N2OFeO+ +N2；第二步為________(寫化學(xué)方程式)。

第二步反應(yīng)幾乎不影響總反應(yīng)達(dá)到平衡所用的時(shí)間，由此推知，第二步反應(yīng)活化能_______ (填“大于”“小于”或“等于”)第一步反應(yīng)活化能。

(4)在四個(gè)恒容密閉容器中充入相應(yīng)量的氣體(圖甲)，發(fā)生反應(yīng)2N2O(g)2N2(g)+O2(g) △H，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O的平衡轉(zhuǎn)化率如圖乙所示：

①該反應(yīng)的△H________(填“＞”或“＜”)0。

②容器Ⅱ的體積為5L，在470℃下進(jìn)行反應(yīng)，30s后達(dá)到平衡，0～30s內(nèi)容器Ⅱ中O2的反應(yīng)速率為_________mol.L-1.min-1 ；容器Ⅳ的體積為1L，容器Ⅳ中的物質(zhì)也在470℃下進(jìn)行反應(yīng)，起始反應(yīng)速率：正(N2O)_______逆(N2O)。(填“＞”“＜”或“=”)

③圖中A、B、C三點(diǎn)處容器內(nèi)密度最大的點(diǎn)是_________(填“A”“B”或“C”)。

④已知容器Ⅰ的體積為10L，370℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)k=__________。

Answer 1

【答案】2NH3 ＋2O2N2O ＋ 3H2O △H1 —△H2 FeO+ +COFe+ +CO2 小于 > 0.012 < C 8.9×10-4

【解析】

(1)NH3與O2在加熱和催化劑作用下生成N2O，類似于生成NO的反應(yīng)，同時(shí)生成水；

(2)根據(jù)已知焓變的熱化學(xué)方程式推導(dǎo)所求反應(yīng)，再由蓋斯定律計(jì)算所求反應(yīng)的焓變；

(3)總反應(yīng)分兩步進(jìn)行Fe+N2O=FeO+N2，根據(jù)催化劑定義，第一步生成中間產(chǎn)物，第二步反應(yīng)中，中間產(chǎn)物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被還原成Fe+，根據(jù)催化劑定義，第二步反應(yīng)對(duì)總反應(yīng)速率沒(méi)有影響，說(shuō)明第一步是慢反應(yīng)，控制總反應(yīng)速率；

(4)①升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)；②根據(jù)v= 計(jì)算O2的反應(yīng)速率；恒溫條件下，縮小體積，平衡向氣體總物質(zhì)的量減小的方向移動(dòng)；③容器內(nèi)混合氣體密度為ρ=，據(jù)此分析解答；④根據(jù)方程式計(jì)算平衡時(shí)各組分的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算。

(1)NH3與O2在加熱和催化劑作用下生成N2O和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH3+2O2 N2O+3H2O，故答案為：2NH3+2O2N2O+3H2O；

(2)①2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(1) △H1，②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(1) △H2，根據(jù)蓋斯定律，將(①×2-②)×得到N2O在金粉表面發(fā)生熱分解：2N2O(g)=2N2(g)+O2(g) △H=△H1-△H2，故答案為：△H1-△H2；

(3)總反應(yīng)N2O(g)+CO)(g)CO2(g)十N2(g)分兩步進(jìn)行，第一步：Fe++N2OFeO++N2，第二步反應(yīng)中，中間產(chǎn)物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被還原成Fe+，FeO++COFe++CO2，第二步反應(yīng)對(duì)總反應(yīng)速率沒(méi)有影響，說(shuō)明第一步是慢反應(yīng)，控制總反應(yīng)速率，第二步反應(yīng)速率大于第一步反應(yīng)速率，則第二步反應(yīng)活化能小于第一步反應(yīng)的活化能，故答案為：FeO++COFe++CO2；小于；

(4)①根據(jù)圖乙，升高溫度，N2O的轉(zhuǎn)化率升高，說(shuō)明升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則△H＞0，故答案為：＞；

②

所以v(O2)====0.012mol/(Lmin)；容器Ⅳ的體積為1L，容器Ⅳ中的物質(zhì)也在470℃下進(jìn)行反應(yīng)，則縮小體積，壓強(qiáng)增大，平衡向逆方向移動(dòng)，即起始反應(yīng)速率：v正(N2O)＜v逆(N2O)，故答案為：0.012；＜；

③容器內(nèi)混合氣體密度為ρ=，反應(yīng)前后質(zhì)量守恒，m不變，只需比較容器體積即可，從A→B→C，三點(diǎn)起始量一樣，隨著溫度升高，由于反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高有助于反應(yīng)進(jìn)行，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率增大，現(xiàn)要使三點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率一致，所以需要加壓，相當(dāng)于縮小容器體積，即VA＞VB＞VC，所以ρA＜ρB＜ρC，即圖中A、B、C三點(diǎn)處容器內(nèi)密度最大的點(diǎn)是：C，故答案為：C；

④容器I的體積為10L，370℃時(shí)，N2O的轉(zhuǎn)化率為40%，

所以K===8.9×10-4，故答案為：8.9×10-4。