Question

15．霧霾嚴(yán)重影響人們的生活，霧霾的形成與汽車排放的 NO_x等有毒氣體有關(guān)．
（1）可以通過(guò)活性炭處理汽車尾氣，原理為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H＜0．
①下列情況能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是CD
A．2ν_正（NO）=ν_逆（CO₂）
B．在恒溫、恒容的容器中，混合氣體的壓強(qiáng)保持不變
C．在絕熱、恒容的容器中，反應(yīng)的平衡常數(shù)不再變化
D．在恒溫、恒壓的容器中，混合氣體的密度保持不變
②在恒溫、恒容條件下，加入2mol C（s）和2mol NO（g）達(dá)平衡后，再在絕熱、恒容條件下，加入1mol NO重新達(dá)平衡后，N₂的百分含量將減小 （填“增大”、“減小”、“不變”）．
（2）臭氧是理想的煙氣脫硝試劑，原理為：2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）．
若在容積為10L的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)，起始時(shí)充入0.4molNO₂、0.2mol O₃，反應(yīng)在不同條件下進(jìn)行，反應(yīng)體系總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如圖1所示．
①實(shí)驗(yàn)a從開(kāi)始至平衡時(shí)的反應(yīng)速率v（O₃）=2.5×10^-4mol•L^-1•min^-1；實(shí)驗(yàn)c中NO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為30%．
②與實(shí)驗(yàn)a相比，其他兩組改變的實(shí)驗(yàn)條件分別是：b使用催化劑，c升高溫度．
③M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率 v（逆）＜ N點(diǎn)的正反應(yīng)速率v（正） （填“＞”、“＜”或“=”）．
④若在N點(diǎn)時(shí)，維持溫度和壓強(qiáng)不變，t₁時(shí)再加入0.4molNO₂、0.2mol O₃，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出逆反應(yīng)速率在t1后隨時(shí)間t的變化曲線圖2．

Answer 1

分析 （1）①可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
②加入NO后平衡正向移動(dòng)，但轉(zhuǎn)化的NO物質(zhì)的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于加入的NO；
（2）①實(shí)驗(yàn)a中，同溫同容下，混合氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)為180kPa，平衡時(shí)為150kPa，所以反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比=180kPa：150kPa=6：5，反應(yīng)前氣體的總物質(zhì)的量=（0.4+0.2）mol=0.6mol，則反應(yīng)后氣體的總物質(zhì)的量為0.5mol，根據(jù)2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）知，反應(yīng)前后減少的物質(zhì)的量等于臭氧參加反應(yīng)的物質(zhì)的量為（0.6-0.5）mol=0.1mol，
根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算臭氧反應(yīng)速率；
實(shí)驗(yàn)c中，反應(yīng)前壓強(qiáng)與反應(yīng)前后壓強(qiáng)變化量之比等于反應(yīng)前氣體的物質(zhì)的量與反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量變化量之比=190pKa：（190-171）pKa=10：1，反應(yīng)前氣體的總物質(zhì)的量=（0.4+0.2）mol=0.6mol，則前后氣體減少的物質(zhì)的量為0.06mol，參加反應(yīng)的二氧化氮物質(zhì)的量是反應(yīng)前后減少的物質(zhì)的量的2倍，為0.12mol，
二氧化氮轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的二氧化氮物質(zhì)的量}{二氧化氮初始物質(zhì)的量}×100%$；
②與實(shí)驗(yàn)a相比，b中縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，但平衡時(shí)壓強(qiáng)不變，說(shuō)明改變條件只改變反應(yīng)速率但不影響平衡移動(dòng)；
c中改變條件時(shí)增大反應(yīng)速率且反應(yīng)前后壓強(qiáng)改變量變小，抑制平衡正向移動(dòng)；
③溫度越高、壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越大，但溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響大于壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響；
④若在N點(diǎn)時(shí)，維持溫度和壓強(qiáng)不變，t₁時(shí)再加入0.4molNO₂、0.2mol O₃，改變條件瞬間，反應(yīng)物濃度不變、生成物濃度變小，平衡正向移動(dòng)．

解答 解：（1）C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H＜0．
①A．當(dāng)ν_正（NO）=2ν_逆（CO₂）時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以2ν_正（NO）=ν_逆（CO₂）時(shí)該反應(yīng)沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，所以在恒溫、恒容的容器中，混合氣體的壓強(qiáng)始終保持不變，不能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
C．在絕熱、恒容的容器中，反應(yīng)的平衡常數(shù)不再變化，說(shuō)明該反應(yīng)正逆反應(yīng)速率相等，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
D．在恒溫、恒壓的容器中，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量發(fā)生變化，當(dāng)混合氣體的密度保持不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
故選CD；
 ②加入NO后平衡正向移動(dòng)，但轉(zhuǎn)化的NO物質(zhì)的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于加入的NO，導(dǎo)致混合氣體中氮?dú)庠黾拥奈镔|(zhì)的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于總物質(zhì)的量增加的量，所以氮?dú)夂�量減小，故答案為：減��；
（2）①同溫同容下，混合氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)為180kPa，平衡時(shí)為150kPa，所以反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比=180kPa：150kPa=6：5，反應(yīng)前氣體的總物質(zhì)的量=（0.4+0.2）mol=0.6mol，則反應(yīng)后氣體的總物質(zhì)的量為0.5mol，根據(jù)2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）知，反應(yīng)前后減少的物質(zhì)的量等于臭氧參加反應(yīng)的物質(zhì)的量為（0.6-0.5）mol=0.1mol，
臭氧平均反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.1mol}{10L}}{40min}$=2.5×10^-4 mol•L^-1•min^-1；
實(shí)驗(yàn)c中，反應(yīng)前壓強(qiáng)與反應(yīng)前后壓強(qiáng)變化量之比等于反應(yīng)前氣體的物質(zhì)的量與反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量變化量之比=190pKa：（190-171）pKa=10：1，反應(yīng)前氣體的總物質(zhì)的量=（0.4+0.2）mol=0.6mol，則前后氣體減少的物質(zhì)的量為0.06mol，參加反應(yīng)的二氧化氮物質(zhì)的量是反應(yīng)前后減少的物質(zhì)的量的2倍，為0.12mol，
二氧化氮轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的二氧化氮物質(zhì)的量}{二氧化氮初始物質(zhì)的量}×100%$=$\frac{0.12mol}{0.4mol}$×100%=30%；
故答案為：2.5×10^-4 mol•L^-1•min^-1；30%；
②與實(shí)驗(yàn)a相比，b中縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，但平衡時(shí)壓強(qiáng)不變，說(shuō)明改變條件只改變反應(yīng)速率但不影響平衡移動(dòng)，所以改變的條件是使用催化劑；
c中改變條件時(shí)增大反應(yīng)速率且反應(yīng)前后壓強(qiáng)改變量變小，抑制平衡正向移動(dòng)，所以改變的條件是升高溫度；
故答案為：使用催化劑；升高溫度；
③溫度越高、壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越大，但溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響大于壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響，N點(diǎn)溫度高于M點(diǎn)，所以M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率 v（逆）＜N點(diǎn)的正反應(yīng)速率v（正），故答案為：＜；
④若在N點(diǎn)時(shí)，維持溫度和壓強(qiáng)不變，t₁時(shí)再加入0.4molNO₂、0.2mol O₃，改變條件瞬間，反應(yīng)物濃度不變、生成物濃度變小，平衡正向移動(dòng)，其圖象為，故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算及化學(xué)平衡影響因素，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生圖象分析及計(jì)算能力，注意（2）①中C曲線上二氧化氮轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法，注意（2）④中恒溫恒壓條件下加入反應(yīng)物會(huì)導(dǎo)致容器體積增大，改變體積瞬間反應(yīng)物濃度不變但生成物濃度減小，為易錯(cuò)點(diǎn)．