Question

12．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮元素的單質及其化合物在工農業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用．
（1）根據(jù)下面能量變化示意圖（圖1），請寫出 NO 和 CO₂  反應的熱化學方程式NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1．

（2）在固定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H＞0，其平衡常數(shù) K 與溫度 T 的關系如表：

T/K	2.98	398	498
平衡常數(shù)K	2.44×10-6	K1	K2

①試判斷 K₁＜K₂（填寫“＞”，“＜”或“=”）；
②該反應的熵變△S＞0 （填“＞”，“＜”或“=”）；
③下列各項能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是c（填字母）；
a．容器內 N₂、H₂、NH₃ 的物質的量之比為 1：3：2
b．2v（NH₃）正=3v（H₂）
c．容器內混合氣體平均相對分子質量保持不變
d．混合氣體的密度保持不變
④一定溫度下，在 1L 密閉容器中充入 1molN₂ 和 3molH₂ 并發(fā)生反應．若容器容積恒 定，10min 達到平衡時，氣體的總物質的量為原來的$\frac{9}{10}$，則 N₂ 的轉化率 α（N₂）=20%．
（3）在常溫常壓下 pH 均等于 5 的 CH₃COOH 和 HCl 溶液，兩種溶液中由水電離出來的c（H⁺）之比為1：1．
（4）對反應 N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在溫度分別為   T₁、T₂時，平衡體 系中 NO₂ 的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖2所示，下列說法正確的是cd．
 a．A、C 兩點的反應速率：A＞C
b．A、C 兩點的化學平衡常數(shù)：A＞C 
c．A、C 兩點 N2O4 的轉化率：A＞C
 d．由狀態(tài) B 到狀態(tài) A，可以用加熱的方法．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)能量變化圖，反應熱等于正反應的活化能減去逆反應的活化能；
（2）①根據(jù)升高溫度平衡吸熱方向移動以及平衡正向移動平衡常數(shù)增大；
②反應是氣體體積增大的反應；
③直接標志：①速率關系：正反應速率與逆反應速率相等，②反應體系中各物質的百分含量保持不變．
間接標志：①混合氣體的總壓強、總體積、總物質的量不隨時間的改變而改變（m+n≠p+q）；②各物質的濃度、物質的量不隨時間的改變而改變；③各氣體的體積、各氣體的分壓不隨時間的改變而改變；
④依據(jù)化學平衡三段式列式計算，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%．
（3）溶液中pH=-lgc（H⁺），CH₃COOH和HCl溶液為酸，水電離出的c（H⁺）等于溶液中c（OH^-）；
（4）a．A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快；
b．A、C兩點都在等溫線上，平衡常數(shù)只與溫度有關；
c．A、C兩點都在等溫線上，壓強增大，平衡向氣體體積減少的方向移動；
d．該反應為吸熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動．

解答 解：（1）該反應的焓變△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以熱化學方程式為NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1，
故答案為：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；
（2）①2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H＞0，為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，所以K₁＜K₂，
故答案為：＜；
②反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）是氣體體積增大的反應，反應的熵變△S＞0，
故答案為：＞；
③a．平衡時反應混合物中各組分的含量保持不變，但容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比不一定為為1：3：2，所以不能作為平衡的標志，故a錯誤；
b．平衡時不同物質表示速率之比等于系數(shù)之比說明到達平衡，即3v（NH₃）_正=2v（H₂）_逆說明反應達到平衡，2v（NH₃）正=3v（H₂）不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．反應前后氣體質量不變，氣體物質的量增大，當容器內混合氣體平均相對分子質量保持不變說明反應達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．反應前后氣體的質量不變，容器的體積不變，所以密度不變，所以混合氣體的密度保持不變不能作為平衡的標志，故d錯誤；
故選：c，
故答案為：c；
④一定溫度下，在1L密閉容器中充入1mol N₂和3mol H₂并發(fā)生反應．若容器容積恒定，10min達到平衡時，氣體的總壓強為原來的$\frac{9}{10}$，依據(jù)化學平衡三段式列式計算，設氮氣消耗物質的量為x；
                       N₂+3H₂=2NH₃
起始量（mol） 1       3        0
變化量（mol） x       3x       2x
平衡量（mol） 1-x   3-3x   2x
氣體的總壓強為原來的$\frac{9}{10}$，則1-x+3-3x+2x=$\frac{9}{10}$×（1+3）
x=0.2mol
則N₂的轉化率α（N₂）=$\frac{0.2mol}{1mol}$×100%=20%；
故答案為：20%．
（3）CH₃COOH為酸，pH=-lgc（H⁺），pH等于5的CH₃COOH溶液和HCl溶液中C（H⁺）=1.0×10^-5mol/L，25℃時：Kw=c（OH^-）×c（H⁺）=10^-14，溶液中的c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$=1.0×10^-9mol/L，pH等于5的CH₃COOH溶液和HCl溶液中氫離子來源為酸的電離和水的電離，但酸溶液中水電離出的氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，所以由水電離出的C（H⁺）是1.0×10^-9mol/L，兩種溶液中由水電離出來的c（H⁺）之比為1：1，
故答案為：1：1；
（4）a．A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快，所以速率：C＞A，故a錯誤；
b．A、C兩點都在等溫線上，平衡常數(shù)只與溫度有關，所以化學平衡常數(shù)：A=C，故b錯誤；
c．A、C兩點都在等溫線上，C點壓強更高，壓強增大，平衡向氣體體積減少的方向移動，即逆反應方向移動，N₂O₄的轉化率降低，所以兩點N₂O₄的轉化率：A＞C，故c正確；
d．該反應為吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，NO₂的體積分數(shù)增大，所以由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故d正確；
故選：cd，
故答案為：cd．

點評 本題主要考查了熱化學方程式的書寫、化學平衡常數(shù)、化學平衡的圖象、平衡狀態(tài)的判斷等，題目難度中等，側重對學生能力的考查．