Question

【题目】氮是重要的非金属元素，其化合物在生产、生活中广泛存在。

(1)键能是指在将1mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B所需的能量。已知下列化学键的键能如下表：

化学键	N≡N	O=O	N—N	N—H	O—H
键能/ kJ·mol1	946	497	193	391	463

写出1mol气态肼(H2N—NH2)燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式________。

(2)用焦炭还原NO的反应为：2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)，向容积均为1L的甲、乙、丙三个恒容恒温(反应温度分别为400℃、400℃、T℃)容器中分别加入足量的焦炭和一定量的NO，测得各容器中n(NO)随反应时间t的变化情况如下表所示：

t/min	0	10	20	30	40
n(NO)(甲容器)/mol	2.00	1.50	1.10	0.80	0.80
n(NO)(乙容器)/mol	1.00	0.80	0.65	0.53	0.45
n(NO)(丙容器)/mol	2.00	1.45	1.00	1.00	1.00

① 该反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。

② 乙容器在50min时达到平衡状态，则NO的浓度是____________，0～50min内用NO的浓度变化表示的平均反应速率v(NO)=____________。

(3)用焦炭还原NO2的反应为：2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)，在恒温条件下，1molNO2和足量C发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示：

① A、C两点的浓度平衡常数关系：Kc(A)______Kc(C)(填“<”、“>”或“=”)。

② A、B、C三点中NO2的转化率最高的是______(填“A”、“B”或“C”)点。

③ 计算B点时该反应的压强平衡常数Kp(B)=______(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

Answer 1

【答案】N2H4(g)+ O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H＝－544 kJmol1 放热 0.4 molL－1 0.012molL－1min－1 ＝ C 3 MPa

【解析】

利用键能数据计算反应热，利用定义计算反应速率。温度、压强对反应速率和化学平衡的影响判断反应的热效应，根据化学平衡常数与温度的关系、利用三段式计算压强平衡常数。

(1)化学反应的本质是反应物中化学键断裂和生成物中化学键的形成，其反应热△H等于反应物总键能减生成物总键能。则N2H4(g)+ O2(g)=N2(g)+2H2O(g)的△H＝（193+391×4+497） kJ·mol1－（946+463×4） kJ·mol1＝－544 kJmol1。

(2)①甲、丙容器分别经30min、20min达到平衡，则400 ℃<T ℃。从甲平衡到丙平衡，升高温度使n(NO)增大，即逆反应吸热、正反应放热。

②反应2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)中气体分子数不变，压强改变不能使平衡移动。甲、乙容器同温，起始时乙中n(NO)是甲中的一半，则平衡时乙中n(NO)也是甲中的一半。平衡时乙容器中NO浓度是0.4 mol/1L=0.4 molL－1，0～50min平均反应速率v(NO)=(1.00 molL－1－0.4 molL－1)/50min=0.012molL－1min－1。

(3)①化学平衡常数只与温度有关，与浓度、压强等无关，故Kc(A)＝Kc(C) 。

② 按A、B、C顺序，平衡总压减小，平衡右移使NO2的转化率增大。NO2的转化率最高的是C点。

③用B点数据计算该反应的压强平衡常数Kp(B)

设生成氮气物质的量为x。

T 2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)

起始/mol： 1 0 0

转化/mol： 2x x 2x

平衡/mol： 1－2x x 2x

图中B点平衡体系总压为15MPa、且NO2和CO2的物质的量浓度相等。则1－2x＝2x，则x＝0.25mol。

NO2、N2、CO2的物质的量分别是0.5mol、0.25mol、0.5mol，分压分别是6MPa、3MPa、6MPa。故Kp(B)＝＝3MPa。