Question

【題目】氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用。

（1）在T℃時，將0．6molH2和0．4molN2置于容積為2 L的密閉容器中(壓強為mPa)發生反應：3H2+N22NH3 △H<0。若保持溫度不變，某興趣小組同學測得反應過程中容器內壓強隨時間變化如圖所示：8 min內分鐘NH3的平均生成速率為____mol·L-1·min-1。

（2）仍在T℃時，將0．6molH2和0．4molN2置于一容積可變的密閉容 器中。

①下列各項能說明該反應已達到平衡狀態的是_______(填序號)。

a．容器內N2、H2、NH3的濃度之比為l：3：2

b．3v正(N2)=v逆(H2)

c．3v正(H2)=2v逆(NH3)

d．混合氣體的密度保持不變

e．容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化

②該條件下達到平衡時NH3的體積分數與題（1）條件下NH3的體積分數相比 ________ (填“變大”“變小”或“不變”)。

（3）硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，不經處理直接排放將污染空氣。氨氣能將氮氧化物還原為氮氣和水，其反應機理為：

2NH3(g)+5NO2(g)=7NO(g)+3H2O(g) H=-akJ·mol-1

4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) H=-bkJ·mol-1

則NH3直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為：_______________。

若標準狀況下NO與NO2混合氣體40．32L被足量氨水完全吸收，產生標準狀況下氮氣42．56L。該混合氣體中NO與NO2的體積之比為________。

Answer 1

【答案】 0.0125 bde 變大 8NH3(g)+6NO2(g)=7N2(g)+12H2O(g) △H=—（6a+7b）/5kJ·mol-1 1：2

【解析】（1）利用壓強之比是物質的量之比計算反應后的物質的量，然后利用方程式根據v＝△c/△t計算；

（2）①根據平衡狀態的含義、特征解答；

②根據壓強對平衡狀態的影響分析；

（3）根據蓋斯定律計算；利用方程式計算。

（1）分析題給圖像知，反應體系中的壓強由起始狀態的m變為平衡狀態的0.8m，根據阿伏加德羅定律：在等溫等容的條件下，氣體的壓強之比等于氣體的物質的量之比知，容器內氣體的總物質的量有反應前的1.0mol變為平衡后的0.8mol，氣體的物質的量減少0.2mol；結合反應3H2+N22NH3利用差量法分析知，氣體減少的物質的量與生成的氨氣的物質的量的相等，即為0.2mol，濃度是0.2mol÷2L＝0.1mol/L，則根據公式v=△c/△t可知8 min內分鐘NH3的平均生成速率為0.1mol/L÷8min＝0.0125 mol·L-1·min-1；

（2）①在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。a．平衡時N2、H2、NH3的濃度之比不一定為l：3：2，a錯誤；b．由3v正(N2)=v逆(H2)得v正(N2)：v逆(H2)=1：3，等于化學計量數之比，反應達到平衡狀態，b正確；c．由3v正(H2)=2v逆(NH3)得v正(H2)：v逆(NH3)=2：3，不等于化學計量數之比，反應沒有達到平衡狀態，c錯誤；d．由于反應在容積可變的密閉容器中進行，混合氣體的密度隨反應的進行不斷變化，當其保持不變時已達平衡，d正確；e．混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，質量不變，但物質的量是變化的，所以容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化，已達平衡，e正確，答案選bde；

②合成氨的反應正向為氣體物質的量減小的反應，等溫等壓條件下達到平衡與等溫等容條件下達到平衡相比，相當于縮小容器的體積，平衡正向移動，NH3的體積分數變大；

（3）已知：

①2NH3(g)+5NO2(g)=7NO(g)+3H2O(g) △H=-akJ·mol-1

②4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) △H=-bkJ·mol-1

利用蓋斯定律：（①×6+②×7）÷5得NH3直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為8NH3(g)+6NO2(g)＝7N2(g)+12H2O(g) △H=－（6a+7b）/5kJ·mol-1；根據反應②和③列方程組計算；設NO的物質的量為x，NO2的物質的量為y，根據題意知x+y=40.32L÷22.4L/mol=1.8mol，5/6x+7/6y=42.56L÷22.4L/mol=1.9mol，解得x=0.6mol，y=1.2mol，則該混合氣體中NO與NO2的體積之比為1：2。