Question

1．研究氮及其化合物的性质在人类进步过程中具有极为重要的意义．
（1）工业上消除氮的氧化物可采用以下反应：CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H
在温度为T₁和T₂时，分别将0.5mol CH₄和1.2mol NO₂充入体积为1L的密闭容器中，测得NO₂的物质的量随时间变化数据如下表：

温度/℃ 时间/min	0	10	20	40	50
T1	1.2	0.9	0.7	0.4	0.4
T2	1.2	0.8	0.56	…	0.5

①温度为T₁℃时，0～20min内，v（CH₄）=0.0125mol/（L．s）．
②T₁＜T₂（填“＞”或“＜”，下空同）；△H＜0，判断理由是升高温度，NO₂的物质的量增大，平衡逆向移动，正反应为放热反应．
③反应CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，温度为T₁℃时，K的值为6.4．
④温度为T₂℃时，达平衡后，再向容器中加入0.5mol CH₄和1.2mol NO₂，达新平衡时CH₄的转化率将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）已知反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），随温度升高，混合气体的颜色变深．将一定量N₂O₄气体充入如图绝热容器一段时间后，压缩和拉伸活塞过程中气体的透光率（气体颜色越浅，透光率越大）随时间变化如图所示．

①a点与c点相比，c （NO₂）更大的是c，体系温度更低的是a．
②d点，v_正（NO₂）＞v_逆（NO₂）（填“＞”、“＜”或“=”）．
③下列说法能说明透光率不再发生改变的有ad．
a．气体颜色不再改变               b．△H不再改变
c．v_正（N₂O₄）=2v_逆（NO₂）         d．N₂O₄的转化率不再改变．

Answer 1

分析 （1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO₂），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（CH₄）；
②由表中数据可知，T₂温度反应速率较快，温度越高，反应速率越快，先到达平衡，而升高温度，NO₂的物质的量增大，说明平衡逆向移动；
③化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
温度为T₁℃时，40min到达平衡，计算平衡时各组分浓度，代入平衡常数表达式计算；
④温度为T₂℃时，达平衡后，再向容器中加入0.5mol CH₄和1.2mol NO₂，等效再原平衡基础上增大压强，平衡逆向移动；
（2）①气体颜色越浅，透光率越大，则透光率越大，二氧化氮的浓度越小；
随温度升高，混合气体的颜色变深，说明升高温度平衡正向移动，正反应为吸热反应，b点开始是压缩注射器的过程，平衡逆向移动，绝热条件下，容器内温度升高；
②d点后透光率减小，而二氧化氮浓度增大，平衡正向移动；
③透光率不再发生改变，说明二氧化氮的浓度不变，反应到达平衡．

解答 解：（1）①温度为T₁℃时，0～20min内v（NO₂）=$\frac{\frac{1.2mol-0.7mol}{1L}}{20s}$=0.025mol/（L．s），速率之比等于化学计量数之比，则v（CH₄）=$\frac{1}{2}$v（NO₂）=0.0125mol/（L．s），
故答案为：0.0125mol/（L．s）；
②由表中数据可知，T₂温度反应速率较快，温度越高，反应速率越快，故温度T₁＜T₂，温度T₂先到达平衡，而升高温度，NO₂的物质的量增大，说明平衡逆向移动，故正反应为放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜；＜；升高温度，NO₂的物质的量增大，平衡逆向移动，正反应为放热反应；
③反应CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
 温度为T₁℃时，40min到达平衡，平衡时二氧化氮物质的量为0.4mol，则：
            CH₄（g）+2NO₂（g）?N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）
起始量（mol）：0.5    1.2       0       0       0
变化量（mol）：0.4      0.8       0.4     0.4     0.8
平衡量（mol）：0.1     0.4        0.4     0.4     0.8
容器的体积为1L，则平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.4×0.4×0．{8}^{2}}{0.1×0．{4}^{2}}$=6.4，
故答案为：$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；6.4；
④温度为T₂℃时，达平衡后，再向容器中加入0.5mol CH₄和1.2mol NO₂，等效再原平衡基础上增大压强，平衡逆向移动，达新平衡时CH₄的转化率将减小，
故答案为：减小；
（2）①气体颜色越浅，透光率越大，则透光率越大，二氧化氮的浓度越小，a点透光率比c点大，c点c （NO₂）更大；
随温度升高，混合气体的颜色变深，说明升高温度平衡正向移动，正反应为吸热反应，b点开始是压缩注射器的过程，平衡逆向移动，绝热条件下，容器内温度升高，故T（a）＜T（c），
故答案为：c；a；
②d点后透光率减小，而二氧化氮浓度增大，平衡正向移动，故d点，v_正（NO₂）＞v_逆（NO₂），
故答案为：＞；
③透光率不再发生改变，说明二氧化氮的浓度不变，反应到达平衡，
a．气体颜色不再改变，说明二氧化氮浓度不变，透光率不再发生改变，故a正确；
b．焓变△H与是否到达平衡无关，与物质的聚集状态与化学计量数有关，故b错误；
c．应是2v_正（N₂O₄）=v_逆（NO₂）时，反应到达平衡，二氧化氮的浓度不变，故c错误；
d．N₂O₄的转化率不再改变，反应到达平衡，二氧化氮的浓度不变，透光率不再发生改变，故d正确，
故选：ad．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、平衡状态判断等，侧重考查学生分析计算能力，难度中等．