Question

1．氮元素的單質(zhì)及其化合物的研究和應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的地位、工業(yè)制硝酸的主要反應(yīng)之一是：
（1）如果將4mol NH₃ 和5mol O₂放入容器中，達到平衡時放出熱量0.8akJ，則平衡時NH₃的轉(zhuǎn)化率為80%．
4NH₂（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
（2）在一定條件下，容積固定的密閉容器中進行上述反應(yīng)，NO的濃度與時間關(guān)系如圖所示，則NO的a、b、c三點的反應(yīng)速率v（a 正）、v（b 逆）、v（c 正）的大小關(guān)系是v（a正）＞v（b逆）=v（c正）．
（3）t℃時，在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度如表：

深度/mol•L-1 時間/min	C（NH3）	c（O2）	c（NO）	c（H2O）
起始	4.0	5.5	0	0
第2min	3.2	4.5	0.8	1.2
第4min	2.0	3.0	2.0	3.0
第6min	2.0	3.0	2.0	3.0

①第2min 到第4min，反應(yīng)速率v（O₂）=0.75mol/（L．min）；
②第2min 時改變了條件，改變的條件可能是D（從所給選項中選擇）；
A．降低溫度 B．增加了生成物   C．減小壓強 D．使用了高效催化劑
③在與第4min 相同的溫度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO 和H₂O（g）的濃度都為2moI/L，則該反應(yīng)正反應(yīng)方向進行（填“正反應(yīng)方向進行”、“逆反應(yīng)方向進行”、“不移動”）．
（4）硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，不經(jīng)處理直接排放將污染空氣．尿素（H₂NCONH₂）是一種非常重要的高氮化肥，在溫度70-95℃時，工業(yè)尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉(zhuǎn)化為N₂，尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)的化學方程式為CO（NH₂）₂+NO+NO₂$\frac{\underline{\;70-95℃\;}}{\;}$N₂+CO₂+2H₂O．
（5）目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮氣和水，其反應(yīng)機理為：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kj•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kj•mol^-1
則1mol 甲烷直接將NO₂ 還原為N₂的焓變?yōu)椤鱄=-867kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式中物質(zhì)的量和焓變計算反應(yīng)的氨氣物質(zhì)的量，結(jié)合轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$計算；
（2）依據(jù)反應(yīng)過程中一氧化氮隨反應(yīng)進行濃度增大，達到平衡狀態(tài)濃度不變分析；
（3）①先根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算一氧化氮的反應(yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)中，同一時間段內(nèi)，各元素的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比確定氧氣的反應(yīng)速率；
②先分析圖表，再根據(jù)外界對化學平衡的影響分析；
③根據(jù)濃度商與化學平衡常數(shù)的相對大小判斷移動方向；
（4）依據(jù)原子守恒配平書寫化學方程式；
（5）根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變，進而書寫熱化學方程式．

解答 解：（1）如果將4molNH₃和5molO₂放入容器中，達到平衡時放出熱量0.8akJ，則
     4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），△H=-akJ•mol^-1
起始量 4mol     5mol     0        0
焓變 4mol                                       aKJ
放熱 n                                         0.8aKJ
n=3.2mol
氨氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{3.2mol}{4mol}$×100%=80%，
故答案為：80%；
（2）容積固定的密閉容器中進行上述反應(yīng)，NO的濃度與時間關(guān)系分析可知隨反應(yīng)進行，一氧化氮隨反應(yīng)進行濃度增大，達到平衡狀態(tài)濃度不變，開始投的反應(yīng)物，反應(yīng)物的濃度最大，所以速率關(guān)系為：v（a正）＞v（b逆）=v（c正），
故答案為：v（a正）＞v（b逆）=v（c正）；
（3）①反應(yīng)在第2min到第4min時，則v（O₂）=$\frac{4.5mol/L-3mol/L}{4min-2min}$=0.75mol/（L．min），
故答案為：0.75mol/（L．min）；
②根據(jù)生成物第2min及第4min時物質(zhì)的量濃度的變化量知，第2min到第4min時反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動，則第2min時改變了條件，使用催化劑反應(yīng)速率增大，最后達到平衡狀態(tài)，故選D；
③第4min時，各種物質(zhì)的濃度不變，說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，化學平衡常數(shù)K=$\frac{{2}^{4×}{3}^{6}}{{2}^{4}×3{\;}^{5}}$=3.0，在與第4min相同的溫度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的濃度都為2moI/L，Q=$\frac{{2}^{4}×{2}^{6}}{2{\;}^{4}×2{\;}^{5}}$=2＜3，則平衡向正反應(yīng)方向移動，
故答案為：正反應(yīng)方向進行；
（4）在溫度70-95℃時，工業(yè)尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉(zhuǎn)化為N₂，同時產(chǎn)生CO₂，則尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)的化學方程式為：CO（NH₂）₂+NO+NO₂$\frac{\underline{\;70-95℃\;}}{\;}$N₂+CO₂+2H₂O，
故答案為：CO（NH₂）₂+NO+NO₂$\frac{\underline{\;70-95℃\;}}{\;}$N₂+CO₂+2H₂O；
（5）根據(jù)題意：①$\frac{1}{2}$CH₄（g）+2NO₂（g）=2NO（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-574kJ•mol^-1）=-287kJ•mol^-1；
CH₄（g）+2NO（g）=N₂（g）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）+H₂O（g）△H=$\frac{1}{2}$×（-1160kJ•mol^-1）=-580kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）可以看成是①+②，CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1，所以△H=-287kJ•mol^-1-580kJ•mol^-1=-867kJ•mol^-1，
故答案為：△H=-867kJ•mol^-1．

點評 本題考查了反應(yīng)熱量變化的計算和蓋斯定律應(yīng)用，化學平衡移動原理的分析判斷，平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計算，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度較大．