Question

1799年，英国化学家汉弗莱·戴维发现了N₂O气体。在食品行业中，N₂O可用作发泡剂和密封剂。

(1)N₂O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物，NH₃与O₂在加热和催化剂的作用下生成N₂O的化学方程式为_________。

(2)N₂O在金粉表面发生热分解反应：2N₂O(g) ＝2N₂(g)+O₂(g)  △H。

已知：2NH₃(g) + 3N₂O(g) ＝ 4N₂(g) + 3 H₂O(l)  △H₁

4NH₃(g) + 3O₂(g)  ＝ 2N₂(g) +  6H₂O(l)  △H₂

△H= _________(用含△H₁、△H₂的代数式表示)。

(3)N₂O和CO是环境污染性气体，这两种气体会发生反应：N₂O(g)+CO)(g)⇌CO₂(g)十N₂(g)，“Fe⁺”常用作该反应的催化剂。 其总反应分两步进行：

第一步为Fe⁺ +N₂O⇌FeO⁺ +N₂；第二步为________(写化学方程式)。

第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间，由此推知，第二步反应活化能_______ (填“大于”“小于”或“等于”)第一步反应活化能。

(4)在四个恒容密闭容器中充入相应量的气体(图甲)，发生反应2N₂O(g)⇌2N₂(g)+O₂(g) △H，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N₂O的平衡转化率如图乙所示：

 

①该反应的△H________(填“＞”或“＜”)0。

②容器Ⅱ的体积为5L，在470℃下进行反应，30s后达到平衡，0～30s内容器Ⅱ中O₂的反应速率为_________mol.L^-1.min^-1 ；容器Ⅳ的体积为1L，容器Ⅳ中的物质也在470℃下进行反应，起始反应速率：_正(N₂O)________逆(N₂O)。(填“＞”“＜”或“=”)

③图中A、B、C三点处容器内密度最大的点是_________(填“A”“B”或“C”)。

④已知容器Ⅰ的体积为10L，370℃时，该反应的平衡常数k=__________。

Answer

2NH3 ＋2O2N2O ＋ 3H2O △H1 —△H2 FeO+ +CO⇌Fe+ +CO2 小于 > 0.012 < C 8.9×10-4

【解析】

(1)NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O，类似于生成NO的反应，同时生成水；

(2)根据已知焓变的热化学方程式推导所求反应，再由盖斯定律计算所求反应的焓变；

(3)总反应分两步进行Fe+N2O=FeO+N2，根据催化剂定义，第一步生成中间产物，第二步反应中，中间产物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被还原成Fe+，根据催化剂定义，第二步反应对总反应速率没有影响，说明第一步是慢反应，控制总反应速率；

(4)①升高温度，平衡向吸热方向移动；②根据v= 计算O2的反应速率；恒温条件下，缩小体积，平衡向气体总物质的量减小的方向移动；③容器内混合气体密度为ρ=，据此分析解答；④根据方程式计算平衡时各组分的浓度，代入平衡常数表达式计算。

(1)NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O和水，反应的化学方程式为2NH3+2O2 N2O+3H2O，故答案为：2NH3+2O2N2O+3H2O；

(2)①2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(1) △H1，②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(1) △H2，根据盖斯定律，将(①×2-②)×得到N2O在金粉表面发生热分【解析】
2N2O(g)=2N2(g)+O2(g) △H=△H1-△H2，故答案为：△H1-△H2；

(3)总反应N2O(g)+CO)(g)⇌CO2(g)十N2(g)分两步进行，第一步：Fe++N2O⇌FeO++N2，第二步反应中，中间产物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被还原成Fe+，FeO++CO⇌Fe++CO2，第二步反应对总反应速率没有影响，说明第一步是慢反应，控制总反应速率，第二步反应速率大于第一步反应速率，则第二步反应活化能小于第一步反应的活化能，故答案为：FeO++CO⇌Fe++CO2；小于；

(4)①根据图乙，升高温度，N2O的转化率升高，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，则△H＞0，故答案为：＞；

②

所以v(O2)====0.012mol/(L•min)；容器Ⅳ的体积为1 L，容器Ⅳ中的物质也在470℃下进行反应，则缩小体积，压强增大，平衡向逆方向移动，即起始反应速率：v正 (N2O)＜v逆(N2O)，故答案为：0.012；＜；

③容器内混合气体密度为ρ=，反应前后质量守恒，m不变，只需比较容器体积即可，从A→B→C，三点起始量一样，随着温度升高，由于反应为吸热反应，温度升高有助于反应进行，导致转化率增大，现要使三点的转化率一致，所以需要加压，相当于缩小容器体积，即VA＞VB＞VC，所以ρA＜ρB＜ρC，即图中A、B、C三点处容器内密度最大的点是：C，故答案为：C；

④容器I的体积为10 L，370℃时，N2O的转化率为40%，

所以K===8.9×10-4，故答案为：8.9×10-4。