Question

4．我國(guó)于2016年10月17日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由“長(zhǎng)征二號(hào)”FY11運(yùn)載火箭發(fā)射“神舟十一號(hào)”載人飛船．“長(zhǎng)征二號(hào)”FY11運(yùn)載火箭使用的氧化劑是N₂O₄．如圖，A是由導(dǎo)熱材料制成的恒容密閉容器，B是一耐化學(xué)腐蝕且易于傳熱的透明氣囊．關(guān)閉K₂，通過(guò)K₁、K₃分別向容器A、氣囊B中充入1molNO₂，發(fā)生反應(yīng)：2NO₂（g）?N₂O₄（g）．反應(yīng)起始時(shí)A、B的體積均為1L．
（1）可通過(guò)容器A中AB（填字母）判斷反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）已經(jīng)達(dá)到平衡．
A．氣體顏色不再改變                  B．氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變
C．氣體的密度不再改變                D．容器中n（N₂O₄）：n（NO₂）=1：2
（2）容器A中達(dá)到平衡所需的時(shí)間為2s，達(dá)到平衡后容器A內(nèi)的壓強(qiáng)為起始?jí)簭?qiáng)的0.8倍，則容器A中0～2s內(nèi)平均化學(xué)反應(yīng)速率v（NO₂）=0.2 mol•L^-1•s^-1．
（3）若平衡后向容器A中再充入0.5mol N₂O₄，則重新到達(dá)平衡后，平衡常數(shù)K不變（填“變大”“變小”或“不變”，下同），NO₂的體積分?jǐn)?shù)變小．
（4）若打開(kāi)K₂，平衡后氣囊B體積縮至0.2L，則打開(kāi)K₂之前（氣囊B中反應(yīng)已達(dá)到平衡），氣囊B的體積為0.6L．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化；
（2）壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，計(jì)算平衡時(shí)混合氣體物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計(jì)算反應(yīng)的NO₂的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NO₂）；
（3）平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，等效為在原平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；
（4）打開(kāi)開(kāi)關(guān)K，保持溫度不變，再達(dá)平衡時(shí)，等效為開(kāi)始加入2molNO₂到達(dá)的平衡，恒溫恒壓下與B中平衡為等效平衡，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變，平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為B中2倍，恒溫恒壓下壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則開(kāi)始加入2molNO₂到達(dá)的平衡時(shí)總體積為原平衡中氣球B體積的2倍．

解答 解：（1）A．氣體顏色不再改變，可說(shuō)明物質(zhì)的濃度不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變，說(shuō)明氣體的物質(zhì)的量不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，氣體的密度都不改變，故C錯(cuò)誤；               
D．由于平衡常數(shù)位置，不能確定容器中n（N₂O₄）：n（NO₂）的值，故D錯(cuò)誤．
故答案為：AB；
（2）壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，平衡時(shí)混合氣體物質(zhì)的量為1mol×0.8=0.8mol，則：
           2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量（mol）：1        0
轉(zhuǎn)化量（mol）：x        0.5x
平衡量（mol）：1-x      0.5x
所以1-x+0.5x=0.8，解得x=0.4，
則v（NO₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{1L}}{2s}$=0.2mol/（L•s），
故答案為：0.2；
（3）平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，則平衡常數(shù)不變，若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，等效為在原平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，重新到達(dá)平衡后，平衡混合氣中NO₂的體積分?jǐn)?shù)減小，
故答案為：不變；變小；
（4）打開(kāi)開(kāi)關(guān)K，保持溫度不變，再達(dá)平衡時(shí)，等效為開(kāi)始加入2molNO₂到達(dá)的平衡，恒溫恒壓下與B中平衡為等效平衡，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變，平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為B中2倍，恒溫恒壓下壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則開(kāi)始加入2molNO₂到達(dá)的平衡時(shí)總體積為原平衡中氣球B體積的2倍，所以打開(kāi)K₂之前，氣球B體積為（1L+0.2L）÷2=0.6L，
故答案為：0.6．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，涉及等效平衡問(wèn)題，較好的考查學(xué)生分析解決問(wèn)題能力，關(guān)鍵是等效平衡途徑的建立，難度中等．