Question

【題目】Ⅰ．含氮化合物在工農業生產中都有重要應用。

(1)己知：

4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H=－541.8 kJ/mol，化學平衡常數為K1

N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) △H=－534 kJ/mol，化學平衡常數為K2

則用NH3和O2制取N2H4的熱化學方程式為__________________________________，該反應的化學平衡常數K=_______（用K1、K2表示）。

(2)對于2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) 在一定溫度下，在1 L的恒容密閉容器中充入0.1 mol NO和0.3 mol CO，反應開始進行。下圖為容器內的壓強(P)與起始壓強(P0)的比值()隨時間(t)的變化曲線，0~5 min內，該反應的平均反應速率v(N2)=______，平衡時NO的轉化率為________。

Ⅱ．2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)

(3)該反應能正向自發進行的原因是_____________________。

(4)恒溫恒容下通入2 mol NH3和1 mol CO2進行上述反應，下列事實能證明反應已達平衡的是__________。

A．體系壓強保持不變 B．氣體平均密度保持不變

C．氣體的平均摩爾質量保持不變 D．氨氣的體積分數不變

Ⅲ．在恒溫恒壓條件下，向某密閉容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，發生2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反應，達到平衡后，t1時刻再向該容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，請在下圖中畫出從t1時刻到再次達到化學平衡后的正逆反應速率隨時間變化圖像________。

Answer 1

【答案】4NH3(g)+O2(g)2N2H4(g)+2H2O(g) △H=+526.2kJ/mol 0.006mol/(L·min) 80% ΔH<0 AB

【解析】

I.(1)先寫出NH3和O2制取N2H4的化學方程式，結合題給已知的熱化學方程式根據蓋斯定律求出熱化學方程式；被求熱化學方程式的平衡常數可依據蓋斯定律運算、結合兩個已知反應的熱化學方程式的平衡常數變形可得；

(2)恒溫恒容下，壓強之比等于物質的量之比，由此利用物質的量結合“三段式法”進行計算即可。

II.(3)根據反應的焓變及熵變分析；

(4)對于恒溫恒容下氣體質量和氣體的物質的量改變的反應，若體系的壓強、氣體的密度不變，反應達到平衡，若反應體系中氣體全為反應物或生成物，任何時刻氣體的平均摩爾質量及氣體的含量都不變，不能作為判斷平衡的依據；

III.可認為2 mol SO2和1 mol O2放在體積是VL容器內，將4 mol SO2和2 mol O2放入的容器容積是2VL容器內，達到平衡時壓縮至容積為VL，根據平衡建立與途徑無關分析。

I.(1) 根據已知條件可知①4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H=－541.8 kJ/mol，化學平衡常數為K1=；

②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) △H=－534 kJ/mol，化學平衡常數為K2=

①-②×2，整理可得：4NH3(g)+O2(g)2N2H4(g)+2H2O(g) △H=-541.8kJ/mol-（-534kJ/mol×2）=+526.2kJ/mol；該反應的化學平衡常數表示達式為K=。

(2)恒溫恒容下，氣體的壓強之比等于物質的量之比。設5min轉化的NO的物質的量為2x，平衡時NO轉化了y，則：

對于反應：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

起始/mol 0.1 0.3 0 0

反應/mol2x 2x x2x

5min/mol 0.1-2x 0.3-2x x2x

平衡/mol 0.1-2y 0.3-2y y 2y

根據圖1所示容器內的壓強(P)與起始壓強(P0)的比值得出==0.925，解得x=0.03mol，則v(N2)=mol/(Lmin)；

=0.90，解得y=0.04mol，所以平衡時NO的轉化率為；

II.(3) 2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)的正反應方向是混亂度減小的放熱反應，△S＜0，此反應溫度越低越容易自發進行，說明在較低溫度下△H-T△S＜0，△H＜0，即該反應的正反應是體系混亂程度減小的放熱反應，所以反應容易自發進行；

(4)A．由于該反應的正反應是氣體體積減小的反應，若為達到平衡，氣體的物質的量就減小，容器內的氣體壓強就會發生變化，所以若體系壓強保持不變，說明氣體的物質的量不變，反應達平衡狀態，A正確；

B．該反應發生后氣體的質量減小，氣體的密度也會減小，若氣體平均密度保持不變，說明氣體的質量不變，則反應達平衡狀態，B正確；

C．通入2molNH3和1molCO2進行反應，二者反應的物質的量的比也是2：1，所以無論反應是否達到平衡狀態。氨氣和二氧化碳的物質的量之比始終為2：1，則氣體的平均摩爾質量一直保持不變，因此不能確定是否達平衡狀態，C錯誤；

D．通入2molNH3和1molCO2進行反應，二者反應的物質的量的比也是2：1，所以無論反應是否達到平衡狀態。氨氣的體積分數一直保持不變，因此不能確定是否為平衡狀態，D錯誤；

故合理選項是AB；

III.假如溫度不變，將2 mol SO2和1 mol O2放在體積是VL容器內，粉碎反應，最終達到平衡狀態；在該溫度下將4 mol SO2和2 mol O2放入的容器容積是2VL容器內，達到平衡時平衡狀態與前者相同，反應速率也與前者相同；然后將容器容積壓縮至容積為VL，由于平衡建立與途徑無關，只與反應的始態和終態有關。增大壓強，反應物、生成物的濃度都增大，正、逆反應速率加快，由于增大的V正>V逆，所以平衡正向移動，最終達到平衡時的反應速率與原平衡比，速率加快，所以圖像表示為：。