Question

15．氮的固定意義重大，氮肥的大面積使用提高了糧食產(chǎn)量．
（1）目前人工固氮有效且有意義的方法是N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃（用一個化學方程式表示）．
（2）自然界發(fā)生的一個固氮反應是N₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO（g），已知N₂、O₂、NO三種分子中化學鍵斷裂所吸收的能量依次為946kJ•mol^-1、498kJ•mol^-1、632kJ•mol^-1，則該反應的△H=+180kJ•mol^-1．
（3）恒壓100kPa時，反應2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關系曲線如圖1，反應2NO₂（g）?N₂O₄（g）中NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關系曲線如圖2．
①圖1中A、B、C三點表示不同溫度、壓強下2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）達到平衡時NO的轉(zhuǎn)化率，則B點對應的壓強最大．
②恒壓100kPa、25℃時，2NO₂（g）?N₂O₄（g）平衡體系中N₂O₄的物質(zhì)的量分數(shù)為66.7%，列式計算平衡常數(shù)K_p=$\frac{100kpa×66.7%}{[100kpa×（1-66.7%）]^{2}}$．（K_p用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)）
（4）室溫下，用注射器吸入一定量NO₂氣體，將針頭插入膠塞密封，然后迅速將氣體體積壓縮為原來的一半并使活塞固定，此時手握針筒有熱感，繼續(xù)放置一段時間．從活塞固定時開始觀察，氣體顏色逐漸變淺（填“變深”或“變淺”），原因是活塞固定時2NO₂（g）?N₂O₄（g）已達平衡狀態(tài)，因反應是放熱反應，放置時氣體溫度下降，平衡向正反應方向移動，NO₂濃度降低．[已知2NO₂（g）?N₂O₄（g）在幾微秒內(nèi)即可達到化學平衡]．

Answer 1

分析 （1）游離態(tài)的氮元素反應生成化合態(tài)氮元素為氮的固定，如工業(yè)合成氨；
（2）熱化學方程式中，反應焓變=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，據(jù)此計算；
（3）①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），反應是氣體體積減小的反應壓強越大平衡正向進行，圖中曲線上各點為等壓不等溫，通過控制變量做等溫線確定ABC三點與曲線交點等溫不等壓，從而確定曲線以下的點壓強小于100kPa，曲線以上的點壓強大于100kPa；
②利用三段法列式計算，恒壓100kPa、25℃時NO₂的轉(zhuǎn)化率為80%，設起始量二氧化氮物質(zhì)的量為x，
              2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量（mol）   x        0
變化量（mol）  0.8x      0.4x
平衡量（mol）  0.2x      0.4x
平衡體系中N₂O₄的物質(zhì)的量分數(shù)=$\frac{0.4x}{0.6x}$×100%=66.7%，
K_p用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)列式計算；
（4）壓縮活塞平衡正移，反應放熱，針管微熱，活塞固定時2NO₂（g）?N₂O₄（g）已達平衡狀態(tài)，放置時氣體溫度下降，平衡向正反應方向移動，NO₂濃度降低，顏色變淺．

解答 解：（1）游離態(tài)的氮元素反應生成化合態(tài)氮元素為氮的固定，如工業(yè)合成氨，反應的化學方程式為：N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃，
故答案為：N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃；
（2）N₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO（g），已知N₂、O₂、NO三種分子中化學鍵斷裂所吸收的能量依次為946kJ•mol^-1、498kJ•mol^-1、632kJ•mol^-1，反應焓變△H=（946kJ•mol^-1+498kJ•mol^-1）-2×632kJ•mol^-1=+180KJ/mol，
故答案為：+180；
（3）①圖中曲線上各點為等壓不等溫，通過控制變量做等溫線確定ABC三點與曲線交點等溫不等壓，從而確定曲線以下的點壓強小于100kPa，曲線以上的點壓強大于100kPa，所以B點壓強最大，
故答案為：B；②利用三段法列式計算，恒壓100kPa、25℃時NO₂的轉(zhuǎn)化率為80%，設起始量二氧化氮物質(zhì)的量為x，
                  2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量（mol）   x        0
變化量（mol）  0.8x      0.4x
平衡量（mol）  0.2x      0.4x
平衡體系中N₂O₄的物質(zhì)的量分數(shù)=$\frac{0.4x}{0.6x}$×100%=66.7%，
K_p用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)，
則Kp=$\frac{100kpa×66.7%}{[100kpa×（1-66.7%）]^{2}}$
故答案為：66.7%；$\frac{100kpa×66.7%}{[100kpa×（1-66.7%）]^{2}}$；
（4）壓縮活塞平衡正移，反應放熱，針管微熱，活塞固定時2NO₂（g）?N₂O₄（g）已達平衡狀態(tài)，放置時氣體溫度下降，平衡向正反應方向移動，NO₂濃度降低，顏色變淺．
故答案為：變淺；活塞固定時2NO₂（g）?N₂O₄（g）已達平衡狀態(tài)，因反應是放熱反應，放置時氣體溫度下降，平衡向正反應方向移動，NO₂濃度降低．

點評 本題考查了化學鍵鍵能計算反應焓變、圖象分析化學平衡影響因素、平衡常數(shù)計算，掌握化學平衡移動原理是解題關鍵，題目難度中等．