Question

3．化學反應原理在科研和工農業生產中有廣泛應用．
（1）某化學興趣小組進行工業合成氨的模擬研究，反應的方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．在lL密閉容器中加入0.1mol N₂和0.3mol H₂，實驗①、②、③中c（N₂）隨時間（t）的變化如圖1所示：
實驗②從初始到平衡的過程中，該反應的平均反應速率v（NH₃）=0.008mol•L^-1•min^-1；與實驗①相比，實驗②和實驗③所改變的實驗條件分別為下列選項中的e、b（填字母編號）．
a．增大壓強  b．減小壓強  C．升高溫度d．降低溫度  e．使用催化劑
（2）已知NO₂與N₂O₄可以相互轉化：2NO₂（g）?N₂O₄（g）．
①T℃時，將0.40mol NO₂氣體充入容積為2L的密閉容器中，達到平衡后，測得容器中c（N₂O₄）=0.05mol•L^-1，則該反應的平衡常數K=5L•mol^-1；
②已知N₂O₄在較高溫度下難以穩定存在，易轉化為NO₂，若升高溫度，上述反應的平衡常數K將減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③向絕熱密閉容器中通入一定量的NO₂，某時間段內正反應速率隨時問的變化如圖2所示．下列說法正確的是C（填字母編號）．
A．反應在c點達到平衡狀態
B．反應物濃度：a點小于b點
C．△t₁=△t₂時，NO₂的轉化率：a～b段小于 b～c段
（3）25℃時，將amol•L^-1的氨水與b mol•L^一1鹽酸等體積混合，反應后溶液恰好顯中性，則a＞b（填“＞”、“＜”或“=”）；用a、b表示NH₃•H₂O的電離平衡常數K_b=$\frac{{b×{{10}^{-7}}}}{a-b}mol•{L^{-1}}$．

Answer 1

分析 （1）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率，根據圖象可知②到達平衡的時間比①短，到達平衡時N₂的濃度與①相同，化學平衡不移動，故②與①相比加了催化劑，①和③比較可知，③的速率比①小，平衡時氮氣的濃度高，即平衡逆向移動，故③減小了壓強；
（2）①根據反應方程式，利用平衡常數的定義計算；
②根據溫度對平衡常數的影響判斷；
③向絕熱密閉容器中通入一定量的NO₂，根據圖象可知，反應開始反應物濃度最大，但反應速率逐漸增大，據此判斷；
（3）當a=b時，amol•L^-1的氨水與b mol•L^-1鹽酸等體積混合，反應后溶液呈酸性，若溶液顯中性，則酸的量要減少，故a＞b，根據氨水的電離平衡常數的定義可計算電離平衡常數．

解答 解：（1）根據像可知，②在10min時達到平衡，此時氮氣的濃度變化為0.04mol/L，根據方程式或知，氨氣的濃度變化了0.08mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$可知v（NH₃）=$\frac{0.08mol/L}{10min}$=0.008mol•L^-1•min^-1，根據圖象可知②到達平衡的時間比①短，到達平衡時N₂的濃度與①相同，化學平衡不移動，故②與①相比加了催化劑，故選e，①和③比較可知，③的速率比①小，平衡時氮氣的濃度高，即平衡逆向移動，故③升減小了壓強，故選b，
故答案為：0.008mol•L^-1•min^-1；e；b；
（2）①2 NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始時 0.2mol•L^-1      0
轉化 0.1mol•L^-1 0.05mol•L^-1
平衡時 0.1mol•L^-1 0.05mol•L^-1
故平衡常數K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.05}{0．{1}^{2}}$L•mol^-1=5L•mol^-1，
故答案為：5L•mol^-1；
②溫度升高，此平衡向逆反應方向移動，K值減小，
故答案為：減小；
③反應開始反應物濃度最大，但反應速率逐漸增大，說明反應為放熱反應，
A．c點反應速率最大，但沒有達到平衡狀態，反應繼續向正反應方向進行，c點時轉化率不是最大，錯誤；
B．反應向正反應進行，隨著反應的進行，反應物濃度逐漸降低，故錯誤；
C、隨反應的進行，體系是的溫度越來越高，反應速率逐漸增大，當時間相同時，轉化率逐漸增大，正確，
故答案為：C；
（3）當a=b時，amol•L^-1的氨水與b mol•L^一1鹽酸等體積混合，反應后溶液呈酸性，若溶液顯中性，則酸的量要減少，故a＞b．
反應后溶液顯中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，根據電荷守恒溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=$\frac{b}{2}$mol/L，反應前c（NH₃•H₂O）=$\frac{a}{2}$mol/L，
則反應后一水合氨的濃度為：c（NH₃•H₂O）=（a/2-b/2）mol/L，所以氨水的電離平衡常數為：K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$═$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$mol/L；
故答案為：＞；$\frac{{b×{{10}^{-7}}}}{a-b}mol•{L^{-1}}$．

點評 本題主要考查了物質的量或濃度隨時間的變化曲線、化學平衡常數的含義、化學平衡的影響因素、化學反應速率的影響因素、酸堿混合時的定性判斷及有關平衡常數的計算，中等難度，答題時注意電解質溶液基礎知識的靈活運用．