Question

14．研究含氮污染物的治理是環保的一項重要工作．合理應用和處理氮的化合物，在生產生活中有重要意義．
I．污染物SO₂、NO_x經O₂預處理后用CaSO₃懸濁液吸收，可減少尾氣中SO₂、NO_x的含量．T℃時，O₂氧化煙氣中SO₂、NO_x的主要反應的熱化學方程式為：
NO（g）+O₃（g）?NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-116.2kJ•mol^-1
SO₂（g）+O₃（g）?SO₃（g）+O₂（g）△H=-241.6kJ•mol^-1
（1）T℃時，反應3NO（g）+O₃（g）?3NO₂（g）的△H=-317.1 kJ•mol^-1．
（2）T℃時，將0.6mol NO和0.2molO₃氣體充入到2L固定容積的恒溫密閉容器中，NO的濃度隨反應時間的變化如圖1所示．

①T℃時，反應3NO（g）+O₃（g）?3NO₂（g）的平衡常數K=240．
②不能說明反應達到平衡狀態的是C（填寫字母）．
A．氣體顏色不再改變       B．氣體的平均摩爾質量不再改變
C．氣體的密度不再改變     D．單位時間內生成O₃和NO₂物質的量之比為1：3
II．NO₂的二聚體N2O4是火箭中常用氧化劑．完成下列問題：
（3）如圖2所示，A是由導熱材料制成的恒容密閉容器，B是一耐化學腐蝕且易于傳熱的透明氣囊．關閉K₂，將各1molNO₂通過K₁、K₃分別充入真空A、B中，反應起始時A、B的體積相同均為aL（忽略導管中的氣體體積）．
①容器A中到達平衡所需時間ts，達到平衡后容器內壓強為起始壓強的0.8倍，則平均化學反應速率v（NO₂）=$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s）．
②平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，則重新到達平衡后，平衡混合氣中NO₂的體積分數（填“變大”、“變小”或“不變”）變小．
③在②平衡后，打開K₂，重新到達新平衡，B氣囊的體積為0.8aL，則在打開K₂之前，氣囊B的體積為0.9aL．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算所需熱化學方程式；
（2）①化學平衡三行計算得到平衡濃度，平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
②當化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再發生變化，由此衍生的一些物理性不變，以此解答該題；
Ⅱ．（3）①依據平衡三行計算列式計算二氧化氮的消耗濃度，反應速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化，若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，相當于增大壓強平衡正向進行；
③根據等效平衡分析．

解答 解：Ⅰ．（1）①NO（g）+O₃（g）?NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ．mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-116.2kJ．mol^-1
①+②得到T℃時，反應3NO （g）+O₃（g）?3NO₂（g）的△H=-317.1KJ/mol，
故答案為：-317.1；
（2）①T℃時，將0.6mol NO和0.2molO₃氣體充入到2L固定容積的恒溫密閉容器中，圖象分析可知平衡狀態NO濃度為0.1mol/L，10min達到平衡，
                 3NO （g）+O₃（g）?3NO₂（g）
起始量（mol/L）   0.3       0.1       0
變化量（mol/L）   0.2       $\frac{0.2}{3}$       0.2
平衡量（mol/L）   0.1       $\frac{0.1}{3}$       0.2
K=$\frac{0．{2}^{3}}{0．{1}^{3}×\frac{0.1}{3}}$=240，
故答案為：240； 
②反應3NO （g）+O₃（g）?3NO₂（g）的△H=-317.1KJ/mol，反應是氣體體積減小的放熱反應，
A．氣體顏色不再改變，說明二氧化氮濃度不變，反應達到平衡狀態，故A不符合；    
B．反應前后氣體質量不變，物質的量變化，當氣體的平均摩爾質量不再改變說明反應達到平衡狀態，故B不符合；
C．氣體質量和體積不變，氣體的密度始終不改變，不能說明反應達到平衡狀態，故C符合；
D．反應速率之比等于化學方程式計量數之比為正反應速率之比，當單位時間內生成O₃和NO₂物質的量之比為1：3，表明正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態，故D不符合；
故答案為：C；
Ⅱ．（3）①關閉K₂，將各1molNO₂通過K₁、K₃分別充入真空A、B中，反應起始時A、B的體積相同均為aL，若容器A中到達平衡所需時間ts，達到平衡后容器內壓強為起始壓強的0.8倍，設生成四氧化二氮為x
         2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量     1         0
變化量     2x        x
平衡量   1-2x        x
1-2x+x=0.8×1，
x=0.2mol，
則平均化學反應速率v（NO₂）=$\frac{\frac{2×0.2mol}{aL}}{ts}$=$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s），
故答案為：$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s）；
②若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，相當于中等壓強，平衡正向進行，則重新到達平衡后，平衡混合氣中NO₂的體積分數變小，故答案為：變小；
 ③打開K₂，則相當于是在等溫等壓時的平衡，因此平衡時等效的．由于此時反應物的物質的量是B中的二倍，所以打開K₂之前，氣球B體積為（aL+0.8aL）÷2=0.9aL，
故答案為：0.9a．

點評 本題考查較為綜合，涉及熱化學方程式書寫、化學平衡狀態的判斷、化學平衡常數的計算，為高頻考點，側重于學生的分析能力的考查，題目難度中等，注意基礎知識的舉一反三．