Question

17．已知NO₂和N₂O₄可以相互转化：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0．现将一定量NO₂和N₂O₄的混合气体通入一体积为2 L的恒温密闭容器中，物质浓度随时间变化关系如图1所示，回答下列问题：

（1）图中共有两条曲线X和Y，其中曲线X表示NO₂浓度随时间的变化；
a、b、c、d四个点中，表示化学反应处于平衡状态的点是bd．
（2）反应进行至25 min时，曲线发生变化的原因是加入了0.8molNO₂；前10 min内用NO₂表示的化学反应速率v （NO₂）=0.04mol/（L•min）；d点的平衡常数的数值是1.1（计算结果保留一位小数）．
（3）恒温恒容条件下，下列选项一定可以判断反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）达到平衡状态的依据有a d
a．混合气体颜色不变             
b．混合气体的密度保持不变
c．v （NO₂）=2v （N₂O₄）          
d．混合气体的平均相对分子质量保持不变
（4）将一定量的NO₂充入注射器中后封口，如图2是在拉伸或压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化（气体颜色越深，透光率越小）．下列说法正确的是AC
A．b点的操作是压缩注射器
B．c点与a点相比，C（NO₂）增大，C（N₂O₄）减小
C．若不忽略体系温度变化，且没有能量损失，则b、c两点的平衡常数K_b＞K_c
D．d点：v _（正）＞v _（逆）．

Answer 1

分析 （1）根据反应方程式2NO₂（g）?N₂O₄（g）可知，NO₂的浓度变化是N₂O₄浓度变化量的2倍，据此结合图象中物质浓度的变化量判断；
物质的浓度不发生变化时表示化学反应处于平衡状态，根据图象判断处于平衡状态的点；
（2）由曲线看出25 min时，NO₂的浓度突然增大；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO₂）；温度不变，化学平衡常数不变，所以d点的平衡常数的数值等于0～15min段的平衡常数结合K=$\frac{c（N{\;}_{2}O{\;}_{4}）}{c{\;}^{2}（NO{\;}_{2}）}$计算；
（3）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的量不变、物质的量浓度不变、百分含量不变以及由此引起的一系列物理量不变，据此分析解答；
（4）该反应是正反应气体体积减小的放热反应，压强增大平衡虽正向移动，但二氧化氮浓度增大，混合气体颜色变深，压强减小平衡逆向移动，但二氧化氮浓度减小，混合气体颜色变浅，据图分析，b点开始是压缩注射器的过程，气体颜色变深，透光率变小，c点后的拐点是拉伸注射器的过程，气体颜色变浅，透光率增大，据此分析．

解答 解：（1）由图可知10-25min平衡状态时，X表示的生成物的浓度变化量为（0.6-0.2）mol/L=0.4mol/L，Y表示的反应物的浓度变化量为（0.6-0.4）mol/L=0.2mol/L，X表示的生成物的浓度变化量是Y表示的反应物的浓度变化量的2倍，所以X表示NO₂浓度随时间的变化曲线，Y表示N₂O₄浓度随时间的变化曲线；
由图可知，10-25min及30min之后X、Y的物质的量不发生变化，则相应时间段内的点处于化学平衡状态，故b、d处于化学平衡状态，
故答案为：X；bd；
（2）由曲线看出25 min时，NO₂的浓度突然从0.6mol•L^-1增大到1.0mol•L^-1，可知改变的条件为加入了0.8molNO₂；
X表示NO₂浓度随时间的变化曲线，Y表示N₂O₄浓度随时间的变化曲线．由图可知，前10min内，NO₂的浓度变化量为（0.6-0.2）mol/L=0.4mol/L，所以υ（NO₂）=$\frac{0.4mol/L}{10min}$=0.04mol•L^-1•min^-1；
0～15min，反应2NO₂（g）?N₂O₄（g），v（NO₂）=0.6mol•L^-1，v（N₂O₄）=0.4mol•L^-1，则K=$\frac{c（N{\;}_{2}O{\;}_{4}）}{c{\;}^{2}（NO{\;}_{2}）}$=$\frac{0.4}{0.6{\;}^{2}}$=1.1；由于在25 min时温度不变，只是增加了二氧化氮的浓度，所以化学平衡常数不变，则d点的平衡常数的数值是1.1；
故答案为：加入了0.8molNO₂；0.04；1.1；
（3）a．混合气体颜色不再变化，说明二氧化氮的浓度不再发生变化，能说明反应达到平衡状态，故a正确；
b．该反应前后气体物质的量之和不变，所以恒温恒压条件下该容器体积不变，混合气体质量不变，所以密度始终不变，则不能根据密度判断平衡状态，故b错误；
c．v （NO₂）=2v （N₂O₄），未指明正逆反应方向，则不能根据密度判断平衡状态，故c错误；
d．反应后混合气体物质的量增大，混合气体质量始终不变，则混合气体平均相对分子质量逐渐减小，混合气体相对分子质量不变，说明各物质的物质的量保持不变，所以能据此判断平衡状态，故d正确；
故选a d；
（4）A、b点开始是压缩注射器的过程，气体颜色变深，透光率变小，故A正确；
B、c点是压缩注射器后的情况，二氧化氮和四氧化二氮的浓度都增大，故B错误；
C、b点开始是压缩注射器的过程，平衡正向移动，反应放热，导致T（b）＜T（c），则升高温度平衡逆向移动K变小，所以b、c两点的平衡常数K_b＞K_c，故C正确；
D、c点后的拐点是拉伸注射器的过程，d点是平衡向气体体积增大的逆向移动过程，所以v（逆）＞v（正），故D错误；
故选AC．

点评 本题考查改变外界条件对化学反应速率及化学平衡的影响、反应速率计算、化学平衡状态判断、化学平衡图象分析等，题目难度不大，侧重于考查学生对基础知识的理解和应用能力．