Question

氮是地球上含量豐富的—種元素，氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用，
減少N 的氧化物在大氣中的排放是環境保護的重要內容之一。

(1)上圖是1molNO₂和1mol CO反應生成CO₂和NO過程中能量變化示意圖，請寫出NO₂和CO反應的熱化學方程式________________________________________；
又知：N₂(g)+ O₂(g)＝2NO(g) △H＝＋180kJ/mol；2NO(g)+O₂(g)＝2NO₂(g) △H＝－112.3kJ/mol，則反應2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+ 2CO₂(g)的△H＝_______________；
(2)一定溫度下，在2L密閉容器中NO₂和O₂可發生下列反應：4NO₂(g) + O₂(g)2N₂O₅(g)。已知體系中n(NO₂)隨時間變化加下表：

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

 
①寫出該反應的平衡常數表達式：K＝__________，己知：K_300℃＞K_350℃，則該反應是______熱反應。
②反應達到平衡后，NO₂的轉化率為________________，此時若再通入一定量氮氣，則NO₂的轉化率將___________（填“增大”、“減小”、“不變”）；
③圖中表示N₂O₅的濃度的變化曲線是____，用O₂表示從0～500 s內該反應的平均速率v＝________。

Answer 1

（1）NO₂(g)＋CO(g)＝CO₂(g)＋NO(g) △H＝－234kJ/mol（2分）；－760.3 kJ/mol（2分）
（2）①K＝（2分）；放（1分） ②49.6%（2分）；不變（1分）
③c（2分）；1.51×10^－3mol/(L·s)^－1（2分）

試題分析： （1）根據圖像可知，1molNO₂和1mol CO所具有的總能量高于1molCO₂和1molNO所具有的總能量，因此該反應是放熱反應，反應熱△H＝134 kJ/mol－368kJ/mol＝－234kJ/mol，所以該反應的熱化學方程式為NO₂(g)＋CO(g)＝CO₂(g)＋NO(g) △H＝－234kJ/mol。已知①N₂(g)+ O₂(g)＝2NO(g) △H＝＋180kJ/mol；②2NO(g)+O₂(g)＝2NO₂(g) △H＝－112.3kJ/mol；③NO₂(g)＋CO(g)＝CO₂(g)＋NO(g) △H＝－234kJ/mol，則根據蓋斯定律可知，②－①＋③×2即得到反應2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+ 2CO₂(g)，所以該反應的反應熱△H＝－112.3kJ/mol－180kJ/mol－234kJ/mol×2＝－760.3 kJ/mol。
（2）①化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據反應的化學方程式可知，該反應的平衡常數K＝。己知：K_300℃＞K_350℃，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，所以該反應是放熱反應。
②根據表中數據可知，反應進行到1000s時，NO₂的物質的量不再發生變化。此時NO₂的物質的量是10.08mol，則反應中消耗NO₂的物質的量是20mol－10.08mol＝9.92mol，反應達到平衡后，NO₂的轉化率為×100%＝49.6%。平衡時若再通入一定量氮氣，壓強增大，但由于物質的濃度不變，因此平衡不移動，則NO₂的轉化率不變。
③N₂O₅是生成物，根據方程式可知，平衡時生成N₂O₅的物質的量是9.92mol÷2＝4.96mol，其濃度是4.96mol÷2L＝2.48mol/L，所以符合條件的曲線是c；根據表中數據可知，反應進行到500s時消耗NO₂的物質的量是20mol－13.96mol＝6.04mol，則根據方程式可知，消耗氧氣的物質的量是6.04mol÷4＝1.51mol，其濃度是1.51mol÷2L＝0.755mol/L，所以用O₂表示從0～500 s內該反應的平均速率v＝0.755mol/L÷500s＝1.51×10^－3mol/(L·s)^－1。