Question

15．霧霾嚴重影響人們的生活，霧霾的形成與汽車排放的 NO_x等有毒氣體有關．
（1）可以通過活性炭處理汽車尾氣，原理為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H＜0．
①下列情況能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是CD
A．2ν_正（NO）=ν_逆（CO₂）
B．在恒溫、恒容的容器中，混合氣體的壓強保持不變
C．在絕熱、恒容的容器中，反應的平衡常數不再變化
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）達平衡后，再在絕熱、恒容條件下，加入1mol NO重新達平衡后，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的密閉容器中進行該反應，起始時充入0.4molNO₂、0.2mol O₃，反應在不同條件下進行，反應體系總壓強隨時間的變化如圖1所示．
①實驗a從開始至平衡時的反應速率v（O₃）=2.5×10^-4mol•L^-1•min^-1；實驗c中NO₂的平衡轉化率為30%．
②與實驗a相比，其他兩組改變的實驗條件分別是：b使用催化劑，c升高溫度．
③M點的逆反應速率 v（逆）＜ N點的正反應速率v（正） （填“＞”、“＜”或“=”）．
④若在N點時，維持溫度和壓強不變，t₁時再加入0.4molNO₂、0.2mol O₃，請在圖中畫出逆反應速率在t1后隨時間t的變化曲線圖2．

Answer 1

分析 （1）①可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量、物質的量濃度、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，但轉化的NO物質的量遠遠小于加入的NO；
（2）①實驗a中，同溫同容下，混合氣體的壓強之比等于其物質的量之比，開始時壓強為180kPa，平衡時為150kPa，所以反應前后氣體的物質的量之比=180kPa：150kPa=6：5，反應前氣體的總物質的量=（0.4+0.2）mol=0.6mol，則反應后氣體的總物質的量為0.5mol，根據2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）知，反應前后減少的物質的量等于臭氧參加反應的物質的量為（0.6-0.5）mol=0.1mol，
根據v=$\frac{△c}{△t}$計算臭氧反應速率；
實驗c中，反應前壓強與反應前后壓強變化量之比等于反應前氣體的物質的量與反應前后氣體的物質的量變化量之比=190pKa：（190-171）pKa=10：1，反應前氣體的總物質的量=（0.4+0.2）mol=0.6mol，則前后氣體減少的物質的量為0.06mol，參加反應的二氧化氮物質的量是反應前后減少的物質的量的2倍，為0.12mol，
二氧化氮轉化率=$\frac{參加反應的二氧化氮物質的量}{二氧化氮初始物質的量}×100%$；
②與實驗a相比，b中縮短到達平衡的時間，但平衡時壓強不變，說明改變條件只改變反應速率但不影響平衡移動；
c中改變條件時增大反應速率且反應前后壓強改變量變小，抑制平衡正向移動；
③溫度越高、壓強越大反應速率越大，但溫度對化學反應速率影響大于壓強對化學反應速率影響；
④若在N點時，維持溫度和壓強不變，t₁時再加入0.4molNO₂、0.2mol O₃，改變條件瞬間，反應物濃度不變、生成物濃度變小，平衡正向移動．

解答 解：（1）C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H＜0．
①A．當ν_正（NO）=2ν_逆（CO₂）時該反應達到平衡狀態(tài)，所以2ν_正（NO）=ν_逆（CO₂）時該反應沒有達到平衡狀態(tài)，故錯誤；
B．該反應前后氣體物質的量不變，所以在恒溫、恒容的容器中，混合氣體的壓強始終保持不變，不能判斷該反應是否達到平衡狀態(tài)，故錯誤；
C．在絕熱、恒容的容器中，反應的平衡常數不再變化，說明該反應正逆反應速率相等，該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
D．在恒溫、恒壓的容器中，反應前后氣體的質量發(fā)生變化，當混合氣體的密度保持不變時，該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
故選CD；
 ②加入NO后平衡正向移動，但轉化的NO物質的量遠遠小于加入的NO，導致混合氣體中氮氣增加的物質的量遠遠小于總物質的量增加的量，所以氮氣含量減小，故答案為：減��；
（2）①同溫同容下，混合氣體的壓強之比等于其物質的量之比，開始時壓強為180kPa，平衡時為150kPa，所以反應前后氣體的物質的量之比=180kPa：150kPa=6：5，反應前氣體的總物質的量=（0.4+0.2）mol=0.6mol，則反應后氣體的總物質的量為0.5mol，根據2NO₂（g）+O₃（g）?N₂O₅（g）+O₂（g）知，反應前后減少的物質的量等于臭氧參加反應的物質的量為（0.6-0.5）mol=0.1mol，
臭氧平均反應速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.1mol}{10L}}{40min}$=2.5×10^-4 mol•L^-1•min^-1；
實驗c中，反應前壓強與反應前后壓強變化量之比等于反應前氣體的物質的量與反應前后氣體的物質的量變化量之比=190pKa：（190-171）pKa=10：1，反應前氣體的總物質的量=（0.4+0.2）mol=0.6mol，則前后氣體減少的物質的量為0.06mol，參加反應的二氧化氮物質的量是反應前后減少的物質的量的2倍，為0.12mol，
二氧化氮轉化率=$\frac{參加反應的二氧化氮物質的量}{二氧化氮初始物質的量}×100%$=$\frac{0.12mol}{0.4mol}$×100%=30%；
故答案為：2.5×10^-4 mol•L^-1•min^-1；30%；
②與實驗a相比，b中縮短到達平衡的時間，但平衡時壓強不變，說明改變條件只改變反應速率但不影響平衡移動，所以改變的條件是使用催化劑；
c中改變條件時增大反應速率且反應前后壓強改變量變小，抑制平衡正向移動，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、壓強越大反應速率越大，但溫度對化學反應速率影響大于壓強對化學反應速率影響，N點溫度高于M點，所以M點的逆反應速率 v（逆）＜N點的正反應速率v（正），故答案為：＜；
④若在N點時，維持溫度和壓強不變，t₁時再加入0.4molNO₂、0.2mol O₃，改變條件瞬間，反應物濃度不變、生成物濃度變小，平衡正向移動，其圖象為，故答案為：．

點評 本題考查化學平衡計算及化學平衡影響因素，為高頻考點，側重考查學生圖象分析及計算能力，注意（2）①中C曲線上二氧化氮轉化率的計算方法，注意（2）④中恒溫恒壓條件下加入反應物會導致容器體積增大，改變體積瞬間反應物濃度不變但生成物濃度減小，為易錯點．