Question

20．2L密閉容器中，有下列反應體系：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）．
（1）將amolNO和bmolO₂發生反應，要使反應達到平衡后反應物的物質的量和生成物的物質的量相等，則$\frac{a}$的取值范圍是c．
a．0＜$\frac{a}$＜$\frac{2}{3}$     b．$\frac{2}{3}$＜$\frac{a}$＜$\frac{1}{1}$     c．$\frac{2}{3}$＜$\frac{a}$＜$\frac{4}{1}$      d．1＜$\frac{a}$＜$\frac{5}{4}$
（2）某溫度時，按物質的量比2：1充入NO和O₂開始反應，n（NO）隨時間的變化如表：

時間（s）	0	1	2	3	4	5
n（NO）（mol）	0.020	0.010	0.008	0.007	0.007	0.007

寫出該反應的平衡常數表達式：K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}$．0--1s內以O₂濃度變化表示的正反應速率大于0--5s內以NO濃度變化表示的正反應速率（選填“小于”、“大于”、“等于”、“無法確定”）．
（3）能說明該反應已達到平衡狀態的是abc．
a．氣體顏色不再變化                       b．容器內壓強保持不變
c．υ_逆（NO）=2υ_正（O₂）                  　d．容器內密度保持不變
（4）已知：K_300℃＞K_350℃，能使該反應的反應速率增大，且平衡向正反應方向移動的是c．
a．及時分離出NO₂氣體              b．適當升高溫度
c．增大O₂的濃度                   d．選擇高效催化劑．

Answer 1

分析 （1）假設轉化的氧氣為xmol，則：
           2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）
起始量（mol）：a       b       0
轉化量（mol）：2x      x       2x
平衡量（mol）：a-2x    b-x     2x
則a-2x+b-x=2x，即a+b=5x，結合x＜b及2x＜a進行解答；
（2）化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比；
根據v=$\frac{△c}{△t}$計算0～1s內v（NO），再利用速率之比等于化學計量數之比計算0～1s內v（O₂），根據v=$\frac{△c}{△t}$計算0～5s內v（NO），然后進行比較判斷；
（3）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；
（4）已知：K_300℃＞K_350℃，說明升高溫度平衡常數減小，平衡逆向移動，增大反應物濃度、使用催化劑均可以加快反應速率，增大反應物濃度，平衡正向移動，但使用催化劑不影響平衡移動，分離出生成物，使平衡正向移動，但反應速率會減慢．

解答 解：（1）假設轉化的氧氣為xmol，則：
           2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）
起始量（mol）：a       b       0
轉化量（mol）：2x      x       2x
平衡量（mol）：a-2x    b-x     2x
則a-2x+b-x=2x，即a+b=5x，由于x＜b，聯立可得$\frac{a}$＜$\frac{4}{1}$，又由于2x＜a，聯立可得$\frac{a}$＞$\frac{2}{3}$，故$\frac{2}{3}$＜$\frac{a}$＜$\frac{4}{1}$，
故選：c；
（2）2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}$；
0～1s內v（NO）=$\frac{\frac{（0.02-0.01）mol}{2L}}{1s}$=0.005mol/（L．s），速率之比等于化學計量數之比，則0～1s內v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（NO）=0.0025mol/（L．s），0～5s內v（NO）=$\frac{\frac{（0.02-0.007）mol}{2L}}{5s}$=0.0013mol/（L．s），故0～1s內以O₂濃度變化表示的正反應速率大于0～5s內以NO濃度變化表示的正反應速率，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}$；大于；
（3）a．氣體顏色不再變化，說明二氧化氮的濃度不變，反應到達平衡，故a正確；
b．隨反應進行容器內混合氣體物質的量不變，容器內壓強發生變化，容器內壓強保持不變，說明到達平衡，故b正確；
c．由于υ_逆（NO）=2υ_逆（O₂），而υ_逆（NO）=2υ_正（O₂），則υ_逆（O₂）=υ_正（O₂），反應到達平衡，故c正確；
d．混合氣體總質量不變，容器容積不變，容器內密度始終保持不變，故d錯誤，
故選：abc；
（4）a．及時分離出NO₂氣體，平衡正向移動，但反應速率會減慢，故a錯誤；
b．適當升高溫度，反應速率加快，由K_300℃＞K_350℃，說明升高溫度平衡常數減小，平衡逆向移動，故b錯誤；
c．增大O₂的濃度，反應速率加快，平衡正向移動，故c正確；
d．選擇高效催化劑，加快反應速率，但不影響平衡移動，故d錯誤，
故選：c．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、反應速率計算、平衡狀態判斷等，（1）中注意充分利用可逆反應不能完全反應進行分析解答，難度中等．