Question

【题目】1799年，英国化学家汉弗莱·戴维发现了N2O气体。在食品行业中，N2O可用作发泡 剂和密封剂。

(l) N2是硝酸生产中氨催化氧化的副产物，NH3与O2在加热和催化剂的作用下生成N2O的化学方程式为________。

(2)N2O在金粉表面发生热分解反应：2N2O(g)=2N2(g)+O2(g)△H。

已知：2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(l) △H1=-1010KJ/mol

4NH3(g)+3O2(g) =2N2(g)+6H2O(l) △H2=-1531KJ/mol

△H=__________。

(3)N2O和CO是环境污染性气体，研究表明，CO与N2O在Fe+作用下发生反应：N2O(g)+CO(g)CO2(g)十N2(g)的能量变化及反应历程如下图所示，两步反应分别为：反应①Fe++N2OFeO+N2；反应②______________

由图可知两步反应均为____(填“放热”或“吸热”)反应，由______(填“反应①或反应②”)决定反应达到平衡所用时间。

(4)在固定体积的密闭容器中，发生反应：N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g)，改变原料气配比进行多组实验(各次实验的温度可能相同，也可能不同)，测定N2O的平衡转化率。部分实验结果如图所示：

①如果要将图中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，应采取的措施是：____ ；

②图中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD，，通过计算判断TC____TD(填“>”“=”或“<”)。

(5)在某温度下，向1L密闭容器中充入CO与N2O，发生反应：N2O(g)+CO(g)CO2(g)十N2(g)，随着反应的进行，容器内CO的物质的量分数变化如下表所示：

时间/min	0	2	4	6	8	10
物质的量分数	50.0%	40.25%	32.0%	26.2%	24.0%	24.0%

则该温度下反应的平衡常数K=____。

Answer 1

【答案】2NH3+2O2N2O+3H2O -163kJ/mol FeO++COCO2+Fe+ 放热 反应① 降低温度 = 1.17

【解析】

(2)利用盖斯定律求反应热；

(3)根据总反应减去反应①得到反应②；根据反应物和生成物的相对能量判断反应热；根据活化能的相对大小判断化学反应速率大小，从而确定决速步；

(4)根据不同温度下的平衡常数的大小，判断温度的变化；

(5)根据三等式求算平衡常数。

(1)NH3和O2反应得到N2O，根据化合价升降守恒配平，NH3中N的化合价从－3升高到N2O中的＋1，共升高4价；O2中O的化合价从0降低到－2，共降低4价，化合价升降守恒，则NH3和O2的系数比为1：1，根据原子守恒配平，可得2NH3+2O2N2O+3H2O；

(2) 已知①2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(l) △H1=-1010KJ/mol，②4NH3(g)+3O2(g) =2N2(g)+6H2O(l) △H2=-1531KJ/mol；反应①×-反应②×可得目标反应，则△H=△H1×-△H2×=-1010kJ/mol×-(-1531kJ/mol)×=-163kJ/mol；

(3)总反应为N2O(g)+CO(g)CO2(g)十N2(g)，实际过程是分2步进行，因此反应①和反应②相加得到总反应，则反应②等于总反应减去反应①，可得反应②为FeO++COCO2+Fe+；

根据反应历程图可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，则该两步反应均为放热反应；

根据反应①的历程图可知，由Fe＋和N2O经过过渡态得到产物FeO＋和N2，过渡态和反应物Fe＋和N2O的能量差为反应①的活化能，同理，可知反应②的活化能，可知，反应①的活化能大于反应②的活化能，活化能越大，化学反应速率越慢，而化学反应速率慢的步骤为决速步，决定反应达到平衡所用时间，即反应①决定反应达到平衡所用时间；

(4)①根据图像，C点和B点，反应物的投料比相同，但是B点表示的平衡状态，N2O的转化率高于C点，C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，平衡正向移动，N2O的转化率增加；B和C点的反应物投料比相同，因此不是改变反应物的浓度；反应前后的气体体积不变，因此压强不影响平衡移动，只能是温度，该反应为放热反应，平衡正向移动，因此采取的措施是降低温度；

①利用三等式求出C和D点平衡状态的平衡常数，从而比较温度大小；

设定容器体积的体积为VL。

C点的平衡状态其反应物的投标比为1，则设N2O和CO的物质的量均为1mol，其N2O的转化率为0.50，则根据三等式有

，则在平衡常数；

D点的平衡状态其反应物的投标比为1.5，则设N2O和CO的物质的量为1.5mol和1mol，其N2O的转化率为0.40，N2O反应了1.5mol×0.40=0.6mol，则根据三等式有

，则在平衡常数；

C点和D点表示的平衡状态的平衡常数相同，则温度相同，有TC=TD；

(5)根据表格的数据，开始时CO的物质的量分数为50.0%，则设CO和N2O的物质的量各位1mol，假设到达平衡时，CO转化了xmol，根据三等式有

，达到平衡时，CO的物质的量分数为24.0%，则有，解得x=0.52mol，则平衡常数。