Question

1．研究氮及其化合物的性質(zhì)在人類進(jìn)步過程中具有極為重要的意義．
（1）工業(yè)上消除氮的氧化物可采用以下反應(yīng)：CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H
在溫度為T₁和T₂時，分別將0.5mol CH₄和1.2mol NO₂充入體積為1L的密閉容器中，測得NO₂的物質(zhì)的量隨時間變化數(shù)據(jù)如下表：

溫度/℃ 時間/min	0	10	20	40	50
T1	1.2	0.9	0.7	0.4	0.4
T2	1.2	0.8	0.56	…	0.5

①溫度為T₁℃時，0～20min內(nèi)，v（CH₄）=0.0125mol/（L．s）．
②T₁＜T₂（填“＞”或“＜”，下空同）；△H＜0，判斷理由是升高溫度，NO₂的物質(zhì)的量增大，平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
③反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，溫度為T₁℃時，K的值為6.4．
④溫度為T₂℃時，達(dá)平衡后，再向容器中加入0.5mol CH₄和1.2mol NO₂，達(dá)新平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率將減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
（2）已知反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g），隨溫度升高，混合氣體的顏色變深．將一定量N₂O₄氣體充入如圖絕熱容器一段時間后，壓縮和拉伸活塞過程中氣體的透光率（氣體顏色越淺，透光率越大）隨時間變化如圖所示．

①a點(diǎn)與c點(diǎn)相比，c （NO₂）更大的是c，體系溫度更低的是a．
②d點(diǎn)，v_正（NO₂）＞v_逆（NO₂）（填“＞”、“＜”或“=”）．
③下列說法能說明透光率不再發(fā)生改變的有ad．
a．氣體顏色不再改變               b．△H不再改變
c．v_正（N₂O₄）=2v_逆（NO₂）         d．N₂O₄的轉(zhuǎn)化率不再改變．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO₂），再利用速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（CH₄）；
②由表中數(shù)據(jù)可知，T₂溫度反應(yīng)速率較快，溫度越高，反應(yīng)速率越快，先到達(dá)平衡，而升高溫度，NO₂的物質(zhì)的量增大，說明平衡逆向移動；
③化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
溫度為T₁℃時，40min到達(dá)平衡，計算平衡時各組分濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算；
④溫度為T₂℃時，達(dá)平衡后，再向容器中加入0.5mol CH₄和1.2mol NO₂，等效再原平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動；
（2）①氣體顏色越淺，透光率越大，則透光率越大，二氧化氮的濃度越��；
隨溫度升高，混合氣體的顏色變深，說明升高溫度平衡正向移動，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，b點(diǎn)開始是壓縮注射器的過程，平衡逆向移動，絕熱條件下，容器內(nèi)溫度升高；
②d點(diǎn)后透光率減小，而二氧化氮濃度增大，平衡正向移動；
③透光率不再發(fā)生改變，說明二氧化氮的濃度不變，反應(yīng)到達(dá)平衡．

解答 解：（1）①溫度為T₁℃時，0～20min內(nèi)v（NO₂）=$\frac{\frac{1.2mol-0.7mol}{1L}}{20s}$=0.025mol/（L．s），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則v（CH₄）=$\frac{1}{2}$v（NO₂）=0.0125mol/（L．s），
故答案為：0.0125mol/（L．s）；
②由表中數(shù)據(jù)可知，T₂溫度反應(yīng)速率較快，溫度越高，反應(yīng)速率越快，故溫度T₁＜T₂，溫度T₂先到達(dá)平衡，而升高溫度，NO₂的物質(zhì)的量增大，說明平衡逆向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜；＜；升高溫度，NO₂的物質(zhì)的量增大，平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③反應(yīng)CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
 溫度為T₁℃時，40min到達(dá)平衡，平衡時二氧化氮物質(zhì)的量為0.4mol，則：
            CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
起始量（mol）：0.5    1.2       0       0       0
變化量（mol）：0.4      0.8       0.4     0.4     0.8
平衡量（mol）：0.1     0.4        0.4     0.4     0.8
容器的體積為1L，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.4×0.4×0．{8}^{2}}{0.1×0．{4}^{2}}$=6.4，
故答案為：$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；6.4；
④溫度為T₂℃時，達(dá)平衡后，再向容器中加入0.5mol CH₄和1.2mol NO₂，等效再原平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動，達(dá)新平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率將減小，
故答案為：減��；
（2）①氣體顏色越淺，透光率越大，則透光率越大，二氧化氮的濃度越小，a點(diǎn)透光率比c點(diǎn)大，c點(diǎn)c （NO₂）更大；
隨溫度升高，混合氣體的顏色變深，說明升高溫度平衡正向移動，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，b點(diǎn)開始是壓縮注射器的過程，平衡逆向移動，絕熱條件下，容器內(nèi)溫度升高，故T（a）＜T（c），
故答案為：c；a；
②d點(diǎn)后透光率減小，而二氧化氮濃度增大，平衡正向移動，故d點(diǎn)，v_正（NO₂）＞v_逆（NO₂），
故答案為：＞；
③透光率不再發(fā)生改變，說明二氧化氮的濃度不變，反應(yīng)到達(dá)平衡，
a．氣體顏色不再改變，說明二氧化氮濃度不變，透光率不再發(fā)生改變，故a正確；
b．焓變△H與是否到達(dá)平衡無關(guān)，與物質(zhì)的聚集狀態(tài)與化學(xué)計量數(shù)有關(guān)，故b錯誤；
c．應(yīng)是2v_正（N₂O₄）=v_逆（NO₂）時，反應(yīng)到達(dá)平衡，二氧化氮的濃度不變，故c錯誤；
d．N₂O₄的轉(zhuǎn)化率不再改變，反應(yīng)到達(dá)平衡，二氧化氮的濃度不變，透光率不再發(fā)生改變，故d正確，
故選：ad．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷等，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，難度中等．