Question

氮是地球上含量豐富的元素，氮及其化合物的研究在生產(chǎn)、生活中有著重要意義．
（1）如圖是1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成CO₂和NO過程中能量變化示意圖，寫出NO₂和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ?mol^-1

．若在反應(yīng)體系中加入催化劑使反應(yīng)速率增大，則E₁的變化是

減小

，該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H

不變

（填“增大”“減小”或“不變”）．
（2）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ?mol^-1
2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746kJ?mol^-1
則反應(yīng)CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）的△H=

-283

kJ?mol^-1
（3）根據(jù)最新“人工固氮”的研究報道，在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發(fā)生下列反應(yīng)：N₂（g）+3H₂O（l）=2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=a kJ?mol^-1
為進(jìn)一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，測得常壓下達(dá)到平衡時部分實驗數(shù)據(jù)如下表：

T/K	303	313	323
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0

此合成反應(yīng)中，a

＞

0；△s

＜

0，（填“＞”、“＜”或“=”）
（4）在一固定容積為2L的密閉容器內(nèi)加入2mol NH₃和3mol O₂，發(fā)生反應(yīng)4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），2min后達(dá)到平衡，生成1.2mol NO．則前2分鐘的平均反應(yīng)速率v（NH₃）為

0.3mol/（L?min），

，平衡時O₂的轉(zhuǎn)化率為

50%

，該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=

C4(NO)C6(H2O)

C4(NH3)C5(O2)

，

．
（5）某溫度下，體積均為0.25L的兩個恒容密閉容器中發(fā)生下列反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g） 

催化劑

高溫高壓

2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1，實驗測得反應(yīng)起始時、達(dá)到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：

容器 編號	起始時各物質(zhì)的物質(zhì)的量/mol			反應(yīng)達(dá)平衡時的焓變/kJ?mol-1
	N2	H2	NH3
A	1	3	0	△H1=-23.1
B	0.9	2.7	0.2	△H2

容器B中反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時的反應(yīng)熱△H₂=

13.86

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)能量變化圖，反應(yīng)熱等于正反應(yīng)的活化能減去逆反應(yīng)的活化能；根據(jù)催化劑能降低反應(yīng)的活化能，但不影響反應(yīng)熱的大小；
（2）據(jù)蓋斯定律，利用后2個化學(xué)方程式就可以求出反應(yīng)的焓變；
（3）根據(jù)溫度對化學(xué)平衡移動方向的影響來判斷反應(yīng)的吸放熱情況；根據(jù)正反應(yīng)氣體的物質(zhì)的量減小，混亂度減小來分析△s；
（4）先根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率V=

△C

△t

=

△n V

△t

求NO的速率，然后利用系數(shù)之比等于化學(xué)反應(yīng)速率之比來求NH₃的速率；根據(jù)變化的各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比求出反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量，然后求出消耗氧氣的物質(zhì)的量，然后根據(jù)轉(zhuǎn)化率等于已反應(yīng)的物質(zhì)的量除以原來的物質(zhì)的量；根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)等于平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
（5）利用A容器反應(yīng)熱計算生成氨氣的物質(zhì)的量，根據(jù)等效平衡判斷B容器反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量，最后根據(jù)物質(zhì)的量與熱量的關(guān)系求解．

解答：解：（1）該反應(yīng)的焓變△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以熱化學(xué)方程式為：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ?mol^-1；
催化劑能降低反應(yīng)的活化能，但不影響反應(yīng)熱的大小，所以在反應(yīng)體系中加入催化劑使反應(yīng)速率增大，則E₁減小，該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H不變，
故答案為：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ?mol^-1；減小；不變；
（2）N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ?mol^-1         ①
2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746kJ?mol^-1   ②
根據(jù)蓋斯定律，

①+②

2

，得：CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△=-283kJ?mol^-1，
故答案為：-283；
（3）由表知溫度越高，氨氣的量越大，即升高溫度，平衡向右進(jìn)行，所以正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△H＞0；
正反應(yīng)氣體的物質(zhì)的量減小，混亂度減小，所以△s＜0；
故答案為：＞；＜；
（4）NO的速率V（NO）=

1.2mol 2L

2min

=0.3mol/（L?min），前2分鐘的平均反應(yīng)速率v（NH₃）=V（NO）=0.3mol/（L?min），2min后達(dá)到平衡，生成1.2mol NO，則消耗了1.5molO₂，所以氧氣的轉(zhuǎn)化率為：

1.5mol

3mol

×100%=50%，反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=

C4(NO)C6(H2O)

C4(NH3)C5(O2)

，
故答案為：0.3mol/（L?min）；50%；

C4(NO)C6(H2O)

C4(NH3)C5(O2)

；

（5）容器中放出23.1kJ熱量，則生成氨氣的物質(zhì)的量為：

2mol×23.1kJ

92.4kJ

=0.5mol，利用三段式法計算：
       N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=一92.4kJ/mol
起始：1mol     3mol            0
轉(zhuǎn)化：0.25mol   0.75mol         0.5mol
平衡：0.75mol   2.25mol         0.5mol
從等效平衡的角度分析，0.9molN₂、2.7molH₂和0.2molNH₃相當(dāng)于1molN₂、3molH₂，在相同條件下處于相同平衡狀態(tài)，所以B容器的反應(yīng)正向進(jìn)行，達(dá)到平衡時消耗0.15molN₂，所以放出的熱量為0.15mol×92.4kJ/mol=13.86
kJ；
故答案為：13.86．

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動、化學(xué)反應(yīng)速率的計算等，題目較為綜合，難度中等，注意做題方法、判斷規(guī)律的積累．