Question

3．已知：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+52.70kJ•mol^-1．
（1）在恒溫、恒容的密閉容器中進行上述反應時，下列描述中不能說明該反應已達平衡的是c_．
a．2v（N₂O₄）_正=v（NO₂）_逆 b．容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化
c．容器中氣體的密度不隨時間而變化     d．透明容器中氣體顏色不隨時間而變化
（2）在恒溫、恒容的已達平衡的密閉容器中，再向容器內充入1mol N₂O₄（g），并達新平衡，下列說法正確的acd．
a．平衡向正反應方向移動              b．平衡常數K減小
c．新平衡N₂O₄的百分含量比原平衡大     d．新平衡透明容器的氣體顏色比原平衡還要深
（3）t℃恒溫下，在固定容積為2L的密閉容器中充入0.54mol N₂O₄，2分鐘時達到化學平衡，測得容器中含n（NO₂）=0.6mol，則在前2分鐘的平均反應速率v（NO₂）=0.15mol/（L．min）_，t℃時反應N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常數K=0.75．
（4）現有兩個體積均為2L的恒容絕熱（不與外界進行熱交換）密閉容器甲和乙，若在甲容器中加入1mol N₂O₄，在乙容器加入2mol NO₂，分別達平衡后，甲容器N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常數＜乙容器N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常數（填大于、小于或等于），甲容器中N₂O₄轉化率與乙容器中NO₂的轉化率之和小于1（填大于、小于或等于）．
（5）一定溫度下，若將3mol N₂O₄氣體置入開始體積為V但體積可變的等壓密閉容器中（如圖A），達平衡后容器體積增大至1.5V．若在另一個體積也為V但體積不變的密閉容器中（如圖B）加入4mol NO₂，達平衡后A、B兩容器的NO₂百分含量相等．

（6）取五等份NO₂，分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發生反應：2NO₂（g）?N₂O₄（g）．反應相同時間后，分別測定體系中NO₂的百分含量（NO₂%），并作出其隨反應溫度（T）變化的關系圖．下列示意圖中，可能與實驗結果相符的是BD．

Answer 1

分析 （1）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
（2）增大反應物濃度，平衡正向移動，容器內二氧化氮濃度增大；等效為增大壓強，與原平衡相比，平衡逆向移動，四氧化二氮的含量增大，平衡常數只受溫度影響，溫度不變，平衡常數不變；
（3）t℃恒溫下，在固定容積為2L的密閉容器中充入0.54mol N₂O₄，2分鐘時達到化學平衡，測得容器中含n（NO₂）=0.6mol，則：
               N₂O₄（g）?2NO₂（g）
開始濃度（mol/L）：0.27      0
變化濃度（mol/L）：0.15      0.3
平衡濃度（mol/L）：0.12      0.3
根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO₂），平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$；
（4）現有兩個體積均為2L的恒容絕熱（不與外界進行熱交換）密閉容器甲和乙，若在甲容器中加入1mol N₂O₄，在乙容器加入2mol NO₂，若恒溫條件下，二者為完全等效平衡，甲容器中N₂O₄轉化率與乙容器中NO₂的轉化率之和等于1；
甲容器中溫度降低，與恒溫相比，平衡逆向移動，平衡常數小于恒溫時，甲容器中N₂O₄轉化率較恒溫低，而乙容器中溫度升高，N₂O₄（g）?2NO₂（g）的正反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡常數比恒溫時大，乙中發生反應：2NO₂（g）?N₂O₄（g），升高溫度，平衡逆向移動，NO₂（g）轉化率小于恒溫時；
（5）達平衡后A、B兩容器的NO₂百分含量相等，溫度相同，平衡常數相等，則平衡時相同物質的濃度相等；
（6）在恒容狀態下，在五個相同的容器中同時通入等量的NO₂，反應相同時間．那么則有兩種可能，一是已達到平衡狀態，二是還沒有達到平衡狀態，仍然在向正反應移動．若5個容器在反應相同時間下，均已達到平衡，因為該反應是放熱反應，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，NO₂的百分含量隨溫度升高而升高；若5個容器中有未達到平衡狀態的，那么溫度越高，反應速率越大，會出現溫度高的NO₂轉化得快，導致NO₂的百分含量少的情況，在圖D中轉折點為平衡狀態，轉折點左側為未平衡狀態，右側為平衡狀態．

解答 解：（1）a．不同物質表示的正逆反應速率之比等于其化學計量數之比，說明反應到達平衡，故a正確；
b．隨反應進行混合氣體總物質的量變化，混合氣體總質量不變，平均相對分子質量變化，當容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化時，反應到達平衡狀態，故b正確；
c．混合氣體總質量不變，容器容積不變，容器中氣體的密度始終不變，故c錯誤；
d．透明容器中氣體顏色不隨時間而變化，說明二氧化氮的濃度不變，反應到達平衡，故d正確，
故選：c；
（2）a．再向容器內充入1mol N₂O₄（g），N₂O₄（g）的濃度增大，平衡向正反應方向移動，故a正確；
b．平衡常數只受溫度影響，溫度不變，平衡常數K不變，故b錯誤；
c．等效為增大壓強，與原平衡相比，平衡逆向移動，四氧化二氮的含量增大，故c正確；
d．衡正向移動，容器內二氧化氮濃度增大，新平衡透明容器的氣體顏色比原平衡還要深，故d正確，
故選：acd；
（3）t℃恒溫下，在固定容積為2L的密閉容器中充入0.54mol N₂O₄，2分鐘時達到化學平衡，測得容器中含n（NO₂）=0.6mol，則：
               N₂O₄（g）?2NO₂（g）
開始濃度（mol/L）：0.27       0
變化濃度（mol/L）：0.15      0.3
平衡濃度（mol/L）：0.12      0.3
v（NO₂）=$\frac{0.3mol/L}{2min}$=0.15mol/（L．min）；
平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0．{3}^{2}}{0.12}$=0.75，
故答案為：0.15mol/（L．min）；0.75；
（4）現有兩個體積均為2L的恒容絕熱（不與外界進行熱交換）密閉容器甲和乙，若在甲容器中加入1mol N₂O₄，在乙容器加入2mol NO₂，若恒溫條件下，二者為完全等效平衡，甲容器中N₂O₄轉化率與乙容器中NO₂的轉化率之和等于1；
甲容器中溫度降低，與恒溫相比，平衡逆向移動，平衡常數小于恒溫時，甲容器中N₂O₄轉化率較恒溫低，而乙容器中溫度升高，N₂O₄（g）?2NO₂（g）的正反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡常數比恒溫時大，乙中發生反應：2NO₂（g）?N₂O₄（g），升高溫度，平衡逆向移動，NO₂（g）轉化率小于恒溫時，故：
甲容器N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常數＜乙容器N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常數，甲容器中N₂O₄轉化率與乙容器中NO₂的轉化率之和小于1，
故答案為：＜；小于；
（5）達平衡后A、B兩容器的NO₂百分含量相等，溫度相同，平衡常數相等，則平衡時相同物質的濃度相等．
A中為恒溫恒壓，體積之比等于物質的量之比，故平衡時混合氣體總物質的量為3mol×$\frac{1.5V}{V}$=4.5mol，
           N₂O₄（g）?2NO₂（g） 物質的量增大△n=1
起始量（mol）：3         0
變化量（mol）：1.5       3        4.5mol-3mol=1.5mol
平衡量（mol）：1.5       3
故A中平衡時c（N₂O₄）=$\frac{1.5mol}{1.5V}$，c（NO₂）=$\frac{3mol}{1.5V}$，
故B中平衡時n（N₂O₄）=$\frac{1.5mol}{1.5V}$×V=1mol，n（NO₂）=$\frac{3mol}{1.5V}$×V=2mol，則B中起始加入為：2mol+2×1mol=4mol，
故答案為：4；
（6）A．因為該反應是放熱反應，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，NO₂的百分含量隨溫度升高而升高，故A錯誤；
B．因為該反應是放熱反應，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，NO₂的百分含量隨溫度升高而升高，故B正確；
C．若5個容器中有未達到平衡狀態的，那么溫度越高，反應速率越大，會出現溫度高的NO₂轉化得快，導致NO₂的百分含量少的情況，不可能出現NO₂的百分含量不變的情況，故C錯誤；
D．在D圖中轉折點為平衡狀態，轉折點左則為未平衡狀態，右則為平衡狀態，反應是放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，故D正確．
故選：BD．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡狀態判斷、平衡圖象等，側重考查學生分析解決問題的能力，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．