Question

5．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一．
（1）如图1是1mol NO₂气体和1mol CO气体反应生成CO₂气体和NO气体过程中能量变化示意图，请写出NO₂和CO反应的热化学方程式：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，
则反应：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g） 的△H=-760.3kJ•mol^-1；
（2）一定温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中充入20mol NO₂和5molO₂发生反应：4NO₂（g）+O₂（g）?2N₂O₅（g）；已知体系中n（NO₂）随时间变化如下表：

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

①写出该反应的平衡常数表达式：K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}$，已知：K_300℃＞K_350℃，则该反应是放热反应（填“放热”或“吸热”）；
②反应达到平衡后，NO₂的转化率为49.6%，若要增大NO₂的转化率，可采取的措施有AD
A．降低温度       B．充入氦气，使体系压强增大
C．再充入NO₂     D．再充入4mol NO₂和1mol O₂
③图2中表示N₂O₅的浓度的变化曲线是C，用O₂表示从0～500s内该反应的平均速率v=0.00151mol•L^-1•s^-1．

Answer 1

分析 （1）根据图中数据计算焓变，根据反应物、生成物书写热化学方程式；根据盖斯定律计算焓变；
（2）①化学平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}$；升高温度，平衡向吸热反应方向移动；
②达到平衡时二氧化氮的物质的量是10.08mol，则参加反应的二氧化氮物质的量=（20-10.08）mol=9.92mol，根据转化率公式计算其转化率；增大二氧化氮转化率，则平衡向正反应方向移动，可以通过改变温度、压强、生成物浓度、及氧气浓度实现；
③根据方程式知，五氧化二氮是生成物，其初始物质的量浓度是0，达到平衡状态时生成五氧化二氮物质的量=（$\frac{9.92}{4}×2$）mol=4.96mol，物质的量浓度=$\frac{4.96mol}{2L}$=2.48mol/L；先计算二氧化氮反应速率，再根据同一可逆反应同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氧气反应速率．

解答 解：（1）该反应中焓变=（134-368）kJ/mol=-234kJ/mol，
所以该反应热化学方程式为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
将方程式2①-②得2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=（-234kJ/mol）×2-（+292.3kJ•mol^-1）=-760.3kJ•mol^-1，
故答案为：NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；-760.3kJ•mol^-1；
（2）①化学平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}$；升高温度，平衡向吸热反应方向移动，温度越高，平衡常数越小，说明正反应是放热反应，故答案为：$\frac{{c}^{2}（{N}_{2}{O}_{5}）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}$；放热；
②达到平衡时二氧化氮的物质的量是10.08mol，则参加反应的二氧化氮物质的量=（20-10.08）mol=9.92mol，转化率=$\frac{9.92mol}{20mol}×100%$=49.6%；增大二氧化氮转化率，则平衡向正反应方向移动，可以通过改变温度、压强、生成物浓度、及氧气浓度实现，
A．该反应的正反应是放热反应，降低温度平衡正向移动，能增大二氧化氮转化率，故正确；
B．充入氦气，使体系压强增大，但反应体系中各物质浓度不变，平衡不移动，所以转化率不变，故错误；C．再充入NO₂，平衡正向移动，但转化率降低，故错误；
D．再充入4mol NO₂和1mol O₂，增大压强，平衡正向移动，提高转化率，故正确；
故答案为：49.6%；AD；
③根据方程式知，五氧化二氮是生成物，其初始物质的量浓度是0，达到平衡状态时生成五氧化二氮物质的量=（$\frac{9.92}{4}×2$）mol=4.96mol，物质的量浓度=$\frac{4.96mol}{2L}$=2.48mol/L，所以其变化曲线是C；二氧化氮反应速率=$\frac{\frac{（20-13.96）mol}{2L}}{500s}$=0.00992mol/（L．s），根据同一可逆反应同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氧气反应速率为0.00151 mol•L^-1•s^-1，
故答案为：C；0.00151 mol•L^-1•s^-1．

点评 本题以物质的量浓度随时间变化曲线为载体考查化学平衡有关计算及盖斯定律，为高频考点，明确平衡状态判断方法、外界条件对平衡移动影响等知识点即可解答，熟悉公式中各个物理量之间的关系，题目难度中等．