Question

3．氮是大气中含量最多的气体，研究氮及其化合物对人类有重要的意义．
（1）合成氨的原理为：N₂（g）+3H₂?2NH₃△H=-92.4kJ/mol
①将一定量的N₂（g）和H₂（g）放入1L的密闭容器中，在500℃、2×10⁷Pa下达到平衡，平衡时测得N₂为0.1mol，H₂为0.3mol，NH₃为0.1mol．该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，该条件下H₂的转化率为33.3%．此温度下该反应的平衡常数K=3.7（L/mol）²．
②欲提高H₂的转化率，下列措施可行的是ad．
a．向容器中按原比例再充入原料气     b．向容器中再充入惰性气体
c．改变反应的催化剂                 d．液化生成物分离出氨
（2）在2L密闭容器中，800℃时反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＜0体系中，各成分浓度随时间的变化如图：
①用O₂表示从0～2s内该反应的平均速率v=0.0015mol/（L•min）．
②能说明该反应已经达到平衡状态的是bc．
a．v（NO₂）=2v（O₂）      b．容器内压强保持不变
c．v_逆（NO）=2v_正（O₂）   d．容器内的密度保持不变
③为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是c．
a．及时分离出NO₂气体           b．适当升高温度
c．增大O₂的浓度                 d．选择高效的催化剂
（3）汽车尾气中含有CO、NO₂等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化为无毒气体．4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g）△H=-1 200kJ•mol^-1对于该反应，温度不同（T₂＞T₁）、其他条件相同时，下列图象正确的是乙（填代号）．

Answer 1

分析 （1）①根据化学方程式，依据化学平衡三段式列式进行计算，根据转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，依据平衡常数概念计算得到；
②根据化学平衡移动原理的有关知识来回答；
（2）①由图象数据可知，由方程式2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）可知，平衡时△c（NO）：△c（O₂）：△c（NO₂）=2：1：2，为据此判断表示，浓度变化的曲线，分别为b为NO，c为O₂，aNO₂，由图中数据可知2s内，O₂的浓度变化量为0.005mol/L-0.002mol/L=0.003mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（O₂）；
②根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
③根据外界条件对反应速率与平衡的移动分析解答；
（3）根据影响化学平衡移动的因素以及化学平衡移动的方向来判断即可，根据影响化学反应速率的因素：温度、浓度、压强、催化剂来确定化学反应达平衡用到的时间，根据影响化学平衡移动的因素：温度、浓度、压强来确定化学平衡中各个量的变化情况．

解答 解：（1）根据化学方程式和三段式列式计算：
                N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始浓度； 0.6        0.45             0
变化浓度：0.5          0.15            0.1
平衡浓度：0.1           0.3            0.1
该条件下H₂的转化率=$\frac{0.15mol/L}{0.45mol/L}$×100%≈33.3%，
平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{1}^{2}}{0.1×0．{3}^{3}}$=3.7（L/mol）²
故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；33.3%；3.7（L/mol）²；
③根据化学平衡：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反应是气体体积减小的放热反应，欲提高 H₂的转化率，平衡正向进行；
a．向容器中按原比例再充入原料气，则压强增大，平衡向右移动，氢气的转化率增大，故a正确；
b．向容器中再充入惰性气体，则各组分浓度不变，平衡不移动，氢气的转化率不变，故b错误；
c．改变反应的催化剂，不影响平衡的移动，氢气的转化率不变，故c错误；
d．液化生成物分离出氨，平衡向右移动，氢气的转化率增大，故d正确；
故选ad，
故答案为：ad；
（2）①由图象数据可知，由方程式2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）可知，平衡时△c（NO）：△c（O₂）：△c（NO₂）=2：1：2，为据此判断表示，浓度变化的曲线，分别为b为NO，c为O₂，aNO₂，由图中数据可知2s内，O₂的浓度变化量为0.005mol/L-0.002mol/L=0.003mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（O₂）=$\frac{0.003mol/L}{2L}$=0.0015mol/（L•min）；
故答案为：0.0015mol/（L•min）；
②能说明该反应已经达到平衡状态的是当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变；
a．未指明正逆速率，若都为同一方向速率，始终都存在v（NO₂）=2v（O₂）关系，故不能说明到达平衡，若为不同方向的速率，速率之比等于化学计量数之比，说明到达平衡，故a错误；
b．随反应进行气体的物质的量减小，压强增减小，容器内压强保持不变，说明到达平衡，故b正确；
c．不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡，故v_逆（NO）=2v_正（O₂），说明到达平衡，故c正确；
d．反应混合气体的质量不变，容器的体积不变，密度始终不变，故容器内物质的密度保持不变，不能说明到达平衡，故d错误；
故选bc，
故答案为：bc；
③为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动依据平衡移动原理分析判断；
a．及时分离出NO₂气体，平衡向正反应移动，但反应速率降低，故a错误；
b．适当升高温度，反应速率增大，平衡向逆反应移动，故b错误；
c．增大O₂的浓度，反应速率增大，平衡向正反应移动，故c正确；
d．选择高效的催化剂，增大反应速率，不影响平衡移动，故d错误；
故答案为：c；
（3）甲：升高温度，化学平衡逆向移动，化学反应速率会迅速增大，会离开原来的速率点，故甲错误；
乙：升高温度，化学反应速率会迅速增大，所以T₂时先达到化学平衡状态，并且化学平衡逆向移动，二氧化氮的转化率减小，故乙正确；
丙：对于反应：4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g），T不变，增大压强，平衡正向移动，一氧化碳的体积分数会减小，故丙错误．
故答案为：乙．

点评 本题考查平衡常数即影响因素、化学反应速率、影响化学平衡的元素与平衡状态的判断等，难度中等，注意平衡状态判断选择判断的物理量，应随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态，属于综合的考查，注意知识的归纳和整理是解题关键．