Question

肼(N₂H₄)和氨均为重要的化工原料。回答下列问题：

已知：I.N₂H₄(l)+O₂(g)N₂(g)+2H₂O(l)  △H=-624.0 kJ/mol

II.N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)    △H=-92.4 kJ/mol

III.2NH₃(g)N₂H₄(l)+H₂(g)   △H=+144.8 kJ/mol

(1)H₂的燃烧热△H=_____________。

(2)T₁ °C时，向恒容的密闭容器中加入1 mol N₂H₄和1 mol O₂，发生反应I。达到平衡后，只改变下列条件，能使N₂的平衡体积分数增大的是_______( 填选项字母)。

A.增大压强                           B.再通入一定量O₂

C.分离出部分水                       D.降低温度

(3)在恒压绝热的密闭容器中通入一定量的N₂和H₂，发生反应II和反应III。反应III对N₂的平衡转化率的影响为_____(填“增大”“减小”或“无影响”)，理由为___________。

(4)t₂°C时，向刚性容器中充入NH₃，发生反应III。NH₃和H₂的分压(p)与时间(t)的关系如图所示。

①0~t₁min内，反应的平均速率v(NH₃)=____kPa/min

②反应的平衡常数K_p=______kPa^-1 (Kp为用分压表示的平衡常数)。

③反应物分子的有效碰撞几率：M____N(填“>”“<”或“=”)。

④t₂ min时升高温度，再次达到平衡后，H₂的分压增大的原因为______。

Answer

285.8 kJ/mol D 增大 反应III是吸热反应，使体系温度降低，且消耗NH3、増大H2浓度，促进反应II平衝正向移动 > 温度升高，体枳不变，分压増大；该反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，分压增大

【解析】

(1)根据盖斯定律，将已知的热化学方程式叠加可得待求反应的热化学方程式，即得H2的燃烧热；

(2)N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(l) △H=-624.0 kJ/mol是反应前后气体分子数不变的反应，根据平衡移动原理分析能使N2的平衡体积分数增大的条件；

(3)根据反应III是吸热反应，从反应温度计物质的浓度变化分析对反应II的平衡移动的影响；

(4)①根据在体积不变时，气体的物质的量的比等于气体的分压比，利用t1时NH3、H2的分压相等，计算NH3的分压，结合速率含义计算v(NH3)；

②利用平衡常数的定义式计算Kp；

③根据有效碰撞次数越多，反应速率越快分析；

④根据温度对平衡移动及分压的影响分析判断。

(1)根据已知反应：I.N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(l) △H=-624.0 kJ/mol

II.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4 kJ/mol

III.2NH3(g)N2H4(l)+H2(g) △H=+144.8 kJ/mol

根据盖斯定律：，整理可得H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8 kJ/mol；

(2)该反应的正反应是气体分子数不变的放热反应，

A．增大压强，化学平衡不移动，N2的平衡体积分数不变，A错误；

B．再通入一定量O2，化学平衡正向移动，产生N2，但平衡移动的趋势是微弱的，由于方程式两边都是只有一种气体，通入O2，平衡常数不变，则N2的平衡体积分数不变，B错误；

C．分离出部分水，由于水是液态物质，移出不能改变平衡，故对平衡移动无影响，所以N2的平衡体积分数不变，C错误；

D．降低温度，化学平衡正向移动，N2的平衡体积分数增大，D正确；

故合理选项是D；

(3)反应III是吸热反应，反应进行使体系温度降低，且反应消耗NH3、使NH3的浓度降低，同时又增大了H2的浓度，促进了反应II化学平衡正向移动，最终使N2的平衡转化率增大；

(4)①由图可知：NH3的起始分圧为p0kPa，t1 min时假设H2的分压变化为x，此时NH3、H2的分压相等，根据方程式2NH3(g)N2H4(l)+H2(g)可知此时x=p0-2x，所以x=kPa，则在0~t1min内，反应的平均速率v(NH3)=kPa/min；

②根据图象可知平衡时H2的平衡分压为p1 kPa，则NH3的平衡分压为(p0-2p1)kPa，所以该反应用平衡分压表示的化学平衡常数Kp== kPa-1；

③M点到N点，反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率，所以反应物分子的有效碰撞几率：M>N；

④t2min时温度升高，由于容器的体枳不变，H2分压增大，且该反应的正反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，使H2分压增大。