Question

5．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用，減少氮的氧化物在大氣中的排放是環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容之一．
（1）如圖1是1mol NO₂氣體和1mol CO氣體反應(yīng)生成CO₂氣體和NO氣體過程中能量變化示意圖，請寫出NO₂和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；
已知：N₂ （g）+2NO₂ （g）?4NO（g）△H=+292.3kJ•mol^-1，
則反應(yīng)：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g） 的△H=-760.3kJ•mol^-1；
（2）一定溫度下，在體積為2L的恒容密閉容器中充入20mol NO₂和5molO₂發(fā)生反應(yīng)：4NO₂（g）+O₂（g）?2N₂O₅（g）；已知體系中n（NO₂）隨時間變化如下表：

t（s）	0	500	1000	1500
n（NO2）（mol）	20	13.96	10.08	10.08

①寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}$，已知：K_300℃＞K_350℃，則該反應(yīng)是放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）；
②反應(yīng)達(dá)到平衡后，NO₂的轉(zhuǎn)化率為49.6%，若要增大NO₂的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有AD
A．降低溫度       B．充入氦氣，使體系壓強(qiáng)增大
C．再充入NO₂     D．再充入4mol NO₂和1mol O₂
③圖2中表示N₂O₅的濃度的變化曲線是C，用O₂表示從0～500s內(nèi)該反應(yīng)的平均速率v=0.00151mol•L^-1•s^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算焓變，根據(jù)反應(yīng)物、生成物書寫熱化學(xué)方程式；根據(jù)蓋斯定律計算焓變；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}$；升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動；
②達(dá)到平衡時二氧化氮的物質(zhì)的量是10.08mol，則參加反應(yīng)的二氧化氮物質(zhì)的量=（20-10.08）mol=9.92mol，根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式計算其轉(zhuǎn)化率；增大二氧化氮轉(zhuǎn)化率，則平衡向正反應(yīng)方向移動，可以通過改變溫度、壓強(qiáng)、生成物濃度、及氧氣濃度實現(xiàn)；
③根據(jù)方程式知，五氧化二氮是生成物，其初始物質(zhì)的量濃度是0，達(dá)到平衡狀態(tài)時生成五氧化二氮物質(zhì)的量=（$\frac{9.92}{4}×2$）mol=4.96mol，物質(zhì)的量濃度=$\frac{4.96mol}{2L}$=2.48mol/L；先計算二氧化氮反應(yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比計算氧氣反應(yīng)速率．

解答 解：（1）該反應(yīng)中焓變=（134-368）kJ/mol=-234kJ/mol，
所以該反應(yīng)熱化學(xué)方程式為NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1，
NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1 ①
N₂ （g）+2NO₂ （g）?4NO（g）△H=+292.3kJ•mol^-1②
將方程式2①-②得2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=（-234kJ/mol）×2-（+292.3kJ•mol^-1）=-760.3kJ•mol^-1，
故答案為：NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；-760.3kJ•mol^-1；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}$；升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}$；放熱；
②達(dá)到平衡時二氧化氮的物質(zhì)的量是10.08mol，則參加反應(yīng)的二氧化氮物質(zhì)的量=（20-10.08）mol=9.92mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{9.92mol}{20mol}×100%$=49.6%；增大二氧化氮轉(zhuǎn)化率，則平衡向正反應(yīng)方向移動，可以通過改變溫度、壓強(qiáng)、生成物濃度、及氧氣濃度實現(xiàn)，
A．該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動，能增大二氧化氮轉(zhuǎn)化率，故正確；
B．充入氦氣，使體系壓強(qiáng)增大，但反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度不變，平衡不移動，所以轉(zhuǎn)化率不變，故錯誤；C．再充入NO₂，平衡正向移動，但轉(zhuǎn)化率降低，故錯誤；
D．再充入4mol NO₂和1mol O₂，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，提高轉(zhuǎn)化率，故正確；
故答案為：49.6%；AD；
③根據(jù)方程式知，五氧化二氮是生成物，其初始物質(zhì)的量濃度是0，達(dá)到平衡狀態(tài)時生成五氧化二氮物質(zhì)的量=（$\frac{9.92}{4}×2$）mol=4.96mol，物質(zhì)的量濃度=$\frac{4.96mol}{2L}$=2.48mol/L，所以其變化曲線是C；二氧化氮反應(yīng)速率=$\frac{\frac{（20-13.96）mol}{2L}}{500s}$=0.00992mol/（L．s），根據(jù)同一可逆反應(yīng)同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比計算氧氣反應(yīng)速率為0.00151 mol•L^-1•s^-1，
故答案為：C；0.00151 mol•L^-1•s^-1．

點評 本題以物質(zhì)的量濃度隨時間變化曲線為載體考查化學(xué)平衡有關(guān)計算及蓋斯定律，為高頻考點，明確平衡狀態(tài)判斷方法、外界條件對平衡移動影響等知識點即可解答，熟悉公式中各個物理量之間的關(guān)系，題目難度中等．