Question

9．在温度T₁和T₂时，分别将0.50 mol CH₄和1.20 mol NO₂充入体积为1L的密闭容器中，发生如下反应：CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），测得n（CH₄）随时间变化数据如下表：

	时间/min	0	10	20	40	50
T1	n（CH4）/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10
T2	n（CH4）/mol	0.50	0.30	0.18	…	0.15

下列说法正确的是（　　）

• A． T₂时，NO₂的平衡转化率为70.0%
• B． 该反应的△H＞0、T₁＜T₂
• C． 保持其他条件不变，T₁时向平衡体系中再充入0.30molCH₄和0.80molH₂O（g），平衡向正反应方向移动
• D． 保持其他条件不变，T₁时向平衡体系中再充入0.50molCH₄和1.20molNO₂，与原平衡相比，达新平衡时N₂的浓度增大、体积分数减小

Answer 1

分析 由表中数据可知，T₁温度在40min到达平衡，开始对应各组分浓度相等，前20min内温度T₂的反应速率大于温度T₁的，则温度T₂＞T₁，T₂温度先到达平衡，到达平衡时间小于40min，50min处于平衡状态，此时甲烷的物质的量为0.15mol，大于T₁温度平衡时的0.1mol，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应．
A．计算平衡时参加反应的二氧化氮物质的量，进而计算转化率；
B．根据分析可知，正反应为放热反应；
C．根据K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$判断浓度商与平衡常数相对大小，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行；
D．再充入0.50molCH₄和1.20molNO₂，平衡正向移动，氮气浓度增大，等效为在原平衡基础增大压强，与原平衡相比平衡逆向移动．

解答 解：由表中数据可知，T₁温度在40min到达平衡，开始对应各组分浓度相等，前20min内温度T₂的反应速率大于温度T₁的，则温度T₂＞T₁，T₂温度先到达平衡，到达平衡时间小于40min，50min处于平衡状态，此时甲烷的物质的量为0.15mol，大于T₁温度平衡时的0.1mol，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应．
A．T₂平衡时参加反应的甲烷物质的量0.5mol-0.15mol=0.35mol，二氧化氮的平衡转化率为$\frac{0.7}{1.2}$×100%=58%，故A错误；
B．根据分析可知，温度T₁＜T₂，正反应为放热反应，该反应的△H＜0，故B错误；
C．保持其他条件不变，T₁时向平衡体系中再充入0.30molCH₄和0.80molH₂O（g），此时甲烷浓度为0.4mol/L，原平衡时生成的水为（0.5-0.1）mol×2=0.8mol，此时水的浓度为1.6mol/L，根据K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$可知此时Qc＞K，反应向逆反应进行，故C错误；
D．再充入0.50molCH₄和1.20molNO₂，平衡正向移动，氮气浓度增大，等效为在原平衡基础增大压强，与原平衡相比平衡逆向移动，达新平衡时N₂的体积分数减小，故D正确．
故选：D．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学反应速率影响因素，关键是根据甲烷物质的量变化判断温度大小，侧重考查学生对数据的分析处理能力，注意根据浓度商与平衡常数关系判断反应进行方向．