Question

汽车尾气中含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮颗粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等，一辆轿车一年排放的有害废气比自身重量大3倍。其中NO气体是由于内燃机燃烧的高温引起N₂和O₂反应所致：N₂(g)+O₂(g)2NO(g)  △H>0，已知该反应在2404℃时，平衡常数K=64×10^-4。请回答：

(1)某温度下，向4L密闭容器中充入N₂和O₂各4mol，平衡时，5分钟后O₂的物质的量为1mol，则N₂的反应速率是____________。

(2)恒容条件下，判断该反应达到平衡的标志是________。(填字母序号)。

A.消耗1mol N₂同时生成1mol O₂         B.混合气体密度不变

C.混合气体平均相对分子质量不变         D.2v(N₂)_正＝v(NO)_逆

(3)将N₂、O₂的混合气体充入恒温恒容密闭容器中，下列变化趋势正确的是________(填字母序号)。

(4)可逆反应N₂(g)+O₂(g)2NO(g)的平衡常数表达式为____________。温度升高，平衡常数将会

_____________(填“增大、或“减小”)

(5)该温度下，某时刻测得容器内N₂、O₂、NO的浓度分别为2.5×10^-1mol·L^-1、4.0×10^-2mol·L^-1和3.0×10^-3mol·L^-1，此时反应___________(填“处于化学平衡状态”、“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”)。

(6) 火箭燃料N₂H₄(肼)在NO₂中燃烧，生成N₂、液态水。已知：

N₂(g)+2O₂(g)＝2NO₂(g)        △H1＝+67kJ/mol  

N₂H₄(g)+O₂(g)＝N₂(g)+2H₂O(l)  △H2＝-534kJ/mol

由此请写出发射火箭时燃烧反应的热化学方程式____________________。

Answer

0.15mol/(L·min)0.15mol/(L·min)A D A DA C A CK=c2(NO)/[c(N2) c(O2)]K=c2(NO)/[c(N2) c(O2)]增大向正反应方向进行2N2H4(g) + 2NO(g) = 3N2(g) +4H2O(l)ΔH= -1135kJ/mol

【解析】

分析：

反应速率v=；(2)A.根据反应方程式可知:消耗1 mol N2同时就消耗1 mol O2，还生成1 mol O2，则氧气的消耗速率与产生速率相等，反应达到平衡状态，正确;B.因为反应是在恒容条件下进行，反应前后气体的质量也不变，所以无论反应是否达到平衡，混合气体密度不变，因此不能作为判断平衡的标志，错误;C.因为气体的物质的量不变，质量也不变，所以混合气体平均相对分子质量不变不能作为判断平衡的标志，错误;D.在任何时刻都存在: v(N2)正: (NO)正=1:2;而 2v(N2)正=v(NO)逆，则(NO)正= v(NO)逆，反应达到平衡状态，正确。(3)由于该反应的正反应是吸热反应，所以升高温度，化学平衡正向移动，化学平衡常数增大，A正确;加入催化剂，化学反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短。但是催化剂不能使平衡发生移动，故NO的平衡浓度不变，因此B选项错误。由于升高温度，平衡正向移动，氮气的转化率提高。化学反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短，故C正确; (4)可逆反应N2(g)+O2(g)2NO(g)的平衡常数表达式为K=c2(NO)/[c(N2) c(O2)]K=c2(NO)/[c(N2) c(O2)] 。温度升高，平衡正向移动，平衡常数将会增大。(5) (3.0×10-3)2÷[(2.5×10-1)×( 4.0×10-2)]=9.0×10-4<64×10-4。所以反应向正反应方向进行

(6)根据盖斯定律计算。

氮气的反应速率v==0.75 mol/L÷5min=0.15mol/(L·min)；

(2)A.根据反应方程式可知:消耗1 mol N2同时就消耗1 mol O2，还生成1 mol O2，则氧气的消耗速率与产生速率相等，反应达到平衡状态，正确;B.因为反应是在恒容条件下进行，反应前后气体的质量也不变，所以无论反应是否达到平衡，混合气体密度不变，因此不能作为判断平衡的标志，错误;C.因为气体的物质的量不变，质量也不变，所以混合气体平均相对分子质量不变不能作为判断平衡的标志，错误;D.在任何时刻都存在: v(N2)正: (NO)正=1:2;而 2v(N2)正=v(NO)逆，则(NO)正= v(NO)逆，反应达到平衡状态，正确。(3)由于该反应的正反应是吸热反应，所以升高温度，化学平衡正向移动，化学平衡常数增大，A正确;加入催化剂，化学反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短。但是催化剂不能使平衡发生移动，故NO的平衡浓度不变，因此B选项错误。由于升高温度，平衡正向移动，氮气的转化率提高。化学反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短，故C正确;(4) 可逆反应N2(g)+O2(g)2NO(g)的平衡常数表达式为K=c2(NO)/[c(N2) c(O2)]K=c2(NO)/[c(N2) c(O2)] 。温度升高，平衡正向移动，平衡常数将会增大。(5) (3.0×10-3)2÷[(2.5×10-1)×( 4.0×10-2)]=9.0×10-4<64×10-4。所以反应向正反应方向进行；

(6) ①N2(g)+2O2(g)＝2NO2(g) △H1＝+67kJ/mol

②N2H4(g)+O2(g)＝N2(g)+2H2O(l) △H2＝-534kJ/mol

根据盖斯定律②×2－①得

2N2H4(g) + 2NO2(g) = 3N2(g) +4H2O(l)ΔH= -1135kJ/mol

点睛：

化学平衡状态的判断，1.指的是同一物质的正反应速率与逆反应速率相等。 

2.反应混合物中各组分的含量(质量分数、体积分数、物质的量分数)保持不变。