Question

9．汽车尾气里含有的NO气体是由于内燃机燃烧的高温引起氮气和氧气反应所致：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H；
已知该反应在 T℃时，平衡常数K=9.0．请回答：
（1）假定该反应是在恒容条件下进行，下列能判断该反应已达到平衡的是AD；
A、消耗1mol N₂同时生成1mol O₂；
B、混合气体密度不变；
C、混合气体平均相对分子质量不变；         
D、2v_正（N₂）=v_逆（NO）；
（2）如图是反应N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的“K-T”、“c（NO）-t”图，由图A可以推知该反应为吸热反应（填“吸热”或“放热”）．由图B可知，与a对应的条件相比，b改变的条件可以是加入催化剂或增大压强；
（3）T℃时，某时刻测得容器内N₂、O₂、NO的浓度分别为0.20mol•L^-1、0.20mol•L^-1和0.50mol•L^-1，此时反应N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）向正反应方向进行（填“处于化学平衡状态”、“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”），平衡时，N₂在混合气体的体积百分数为多少？（在答题卡上写出具体计算过程，结果保留2位有效数字）

Answer 1

分析 （1）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析；
（2）由图A可知温度升高，平衡常数增大，说明平衡正向移动，利用温度升高，平衡向吸热的方向移动判断热效应；由图B可知，与a对应的条件相比，b改变的条件使反应速率加快，但平衡不移动；
（3）根据浓度商Q_c与平衡常数K的大小来判断；依据化学平衡三段式列式和化学平衡常数计算．

解答 解：（1）A．消耗1molN₂等效于消耗1mol O₂，同时生成1mol O₂，说明正逆反应速率相等（同种物质），反应达到平衡，故A选；
B．混合气体的总质量不变，容器的体积不变，无论反应是否平衡，混合气体密度一直不变，故B不选；
C．混合气体的总质量不变，总的物质的量也不变，无论反应是否平衡，混合气体平均相对分子质量不变，故C不选；
D．2v（N₂）_正=v（NO）_正=v（NO）_逆，说明正逆反应速率相等（同种物质），反应达到平衡，故D选；
故选：AD；　
（2）由图A可知温度升高，平衡常数增大，说明平衡正向移动，利用温度升高，平衡向吸热的方向移动，即正反应为吸热反应；
由图B可知，与a对应的条件相比，b改变的条件使反应速率加快，但平衡不移动，所以b改变的条件可以是加热催化剂，又由于该反应前后系数之和相等，所以b改变的条件可以是增大压强；
故答案为：吸热；加入催化剂或增大压强；
（3）T℃时，某时刻测得容器内N₂、O₂、NO的浓度分别为0.20mol•L^-1、0.20mol•L^-1和0.50mol•L^-1，则浓度熵Q_c=$\frac{0．{5}^{2}}{0.20×0.20}$=6.25＜K=9.0，反应正向进行；
                        N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
起始量（mol/L）  0.2       0.2          0.5
变化量（mol/L）   X         X          2X
平衡量（mol/L） 0.2-X   0.2-X    0.5+2X  
平衡常数K=$\frac{（0.5+2X）^{2}}{（0.2-X）^{2}}$=9.0，解得X=0.020，
N₂在混合气体的体积百分数为$\frac{0.20-0.020}{0.20-0.020+0.20-0.020+0.50+0.040}$×100%=20%；
故答案为：向正反应方向进行；20%．

点评 本题考查了化学平衡状态、浓度熵的运用，平衡体积分数的概念等，注意化学平衡三段式的应用，难度中等．