Question

8．在溫度T₁和T₂時，分別將0.50mol CH₄和1.20mol NO₂充入體積為1L的密閉容器中，發生如下反應：CH₄（g）+2NO₂（g）??N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），測得n（CH₄）隨時間變化數據如下表：

	時間/min	0	10	20	40	50
T1	n（CH4）/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
T2	n（CH4）/mol	0.50	0.30	0.18	…	0.15

下列說法正確的是（　　）

• A． T₂時CH₄的平衡轉化率為70.0%
• B． 該反應的△H＞0、T₁＜T₂
• C． 保持其他條件不變，T₁時向平衡體系中再充入0.30 mol CH₄和0.80 mol H₂O（g），平衡向正反應方向移動
• D． 保持其他條件不變，T₁時向平衡體系中再充入0.50 mol CH₄和1.20 mol NO₂，與原平衡相比，達新平衡時N₂的濃度增大、體積分數減小

Answer 1

分析 由表中數據可知，T₁溫度在40min到達平衡，開始對應各組分濃度相等，前20min內溫度T₂的反應速率大于溫度T₁的，則溫度T₂＞T₁，T₂溫度先到達平衡，到達平衡時間小于40min，50min處于平衡狀態，此時甲烷的物質的量為0.15mol，大于T₁溫度平衡時的0.1mol，說明平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，
A．計算平衡時參加反應的甲烷物質的量，進而計算轉化率；
B．根據分析可知，正反應為放熱反應；
C．根據K=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{2}（N{O}_{2}）}$判斷濃度商與平衡常數相對大小，若Qc=K，處于平衡狀態，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行；
D．再充入0.50molCH₄和1.20molNO₂，平衡正向移動，氮氣濃度增大，等效為在原平衡基礎增大壓強，與原平衡相比平衡逆向移動．

解答 解：由表中數據可知，T₁溫度在40min到達平衡，開始對應各組分濃度相等，前20min內溫度T₂的反應速率大于溫度T₁的，則溫度T₂＞T₁，T₂溫度先到達平衡，到達平衡時間小于40min，50min處于平衡狀態，此時甲烷的物質的量為0.15mol，大于T₁溫度平衡時的0.1mol，說明平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，
A．T₂平衡時參加反應的甲烷物質的量為：0.5mol-0.15mol=0.35mol，則甲烷的平衡轉化率為：$\frac{0.35mol}{0.5mol}$×1005=70%，故A正確；
B．根據分析可知，溫度T₁＜T₂，正反應為放熱反應，該反應的△H＜0，故B錯誤；
C．保持其他條件不變，T₁時向平衡體系中再充入0.30molCH₄和0.80molH₂O（g），此時甲烷濃度為0.4mol/L，原平衡時生成的水為（0.5-0.1）mol×2=0.8mol，此時水的濃度為1.6mol/L，根據K=$\frac{c（{N}_{2}）•c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）•{c}^{2}（N{O}_{2}）}$可知此時Qc=6.4=K，反應向逆反應進行，故C錯誤；
D．再充入0.50molCH₄和1.20molNO₂，平衡正向移動，氮氣濃度增大，等效為在原平衡基礎增大壓強，與原平衡相比平衡逆向移動，達新平衡時N₂的體積分數減小，故D正確；
故選AD．

點評 本題考查化學平衡計算與判斷，題目難度中等，根據甲烷物質的量變化判斷溫度大小為解答關鍵，注意根據濃度商與平衡常數關系判斷反應進行方向，試題側重考查學生對數據的分析處理能力．