Question

3．氮是大氣中含量最多的氣體，研究氮及其化合物對人類有重要的意義．
（1）合成氨的原理為：N₂（g）+3H₂?2NH₃△H=-92.4kJ/mol
①將一定量的N₂（g）和H₂（g）放入1L的密閉容器中，在500℃、2×10⁷Pa下達到平衡，平衡時測得N₂為0.1mol，H₂為0.3mol，NH₃為0.1mol．該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，該條件下H₂的轉(zhuǎn)化率為33.3%．此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=3.7（L/mol）²．
②欲提高H₂的轉(zhuǎn)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氣     b．向容器中再充入惰性氣體
c．改變反應(yīng)的催化劑                 d．液化生成物分離出氨
（2）在2L密閉容器中，800℃時反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＜0體系中，各成分濃度隨時間的變化如圖：
①用O₂表示從0～2s內(nèi)該反應(yīng)的平均速率v=0.0015mol/（L•min）．
②能說明該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是bc．
a．v（NO₂）=2v（O₂）      b．容器內(nèi)壓強保持不變
c．v_逆（NO）=2v_正（O₂）   d．容器內(nèi)的密度保持不變
③為使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動的是c．
a．及時分離出NO₂氣體           b．適當升高溫度
c．增大O₂的濃度                 d．選擇高效的催化劑
（3）汽車尾氣中含有CO、NO₂等有毒氣體，對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使有毒氣體相互反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒氣體．4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g）△H=-1 200kJ•mol^-1對于該反應(yīng)，溫度不同（T₂＞T₁）、其他條件相同時，下列圖象正確的是乙（填代號）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)化學方程式，依據(jù)化學平衡三段式列式進行計算，根據(jù)轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，依據(jù)平衡常數(shù)概念計算得到；
②根據(jù)化學平衡移動原理的有關(guān)知識來回答；
（2）①由圖象數(shù)據(jù)可知，由方程式2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）可知，平衡時△c（NO）：△c（O₂）：△c（NO₂）=2：1：2，為據(jù)此判斷表示，濃度變化的曲線，分別為b為NO，c為O₂，aNO₂，由圖中數(shù)據(jù)可知2s內(nèi)，O₂的濃度變化量為0.005mol/L-0.002mol/L=0.003mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（O₂）；
②根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)；
③根據(jù)外界條件對反應(yīng)速率與平衡的移動分析解答；
（3）根據(jù)影響化學平衡移動的因素以及化學平衡移動的方向來判斷即可，根據(jù)影響化學反應(yīng)速率的因素：溫度、濃度、壓強、催化劑來確定化學反應(yīng)達平衡用到的時間，根據(jù)影響化學平衡移動的因素：溫度、濃度、壓強來確定化學平衡中各個量的變化情況．

解答 解：（1）根據(jù)化學方程式和三段式列式計算：
                N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始濃度； 0.6        0.45             0
變化濃度：0.5          0.15            0.1
平衡濃度：0.1           0.3            0.1
該條件下H₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.15mol/L}{0.45mol/L}$×100%≈33.3%，
平衡常數(shù)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
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；33.3%；3.7（L/mol）²；
③根據(jù)化學平衡：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，欲提高 H₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進行；
a．向容器中按原比例再充入原料氣，則壓強增大，平衡向右移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，故a正確；
b．向容器中再充入惰性氣體，則各組分濃度不變，平衡不移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率不變，故b錯誤；
c．改變反應(yīng)的催化劑，不影響平衡的移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率不變，故c錯誤；
d．液化生成物分離出氨，平衡向右移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
故選ad，
故答案為：ad；
（2）①由圖象數(shù)據(jù)可知，由方程式2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）可知，平衡時△c（NO）：△c（O₂）：△c（NO₂）=2：1：2，為據(jù)此判斷表示，濃度變化的曲線，分別為b為NO，c為O₂，aNO₂，由圖中數(shù)據(jù)可知2s內(nèi)，O₂的濃度變化量為0.005mol/L-0.002mol/L=0.003mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（O₂）=$\frac{0.003mol/L}{2L}$=0.0015mol/（L•min）；
故答案為：0.0015mol/（L•min）；
②能說明該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變；
a．未指明正逆速率，若都為同一方向速率，始終都存在v（NO₂）=2v（O₂）關(guān)系，故不能說明到達平衡，若為不同方向的速率，速率之比等于化學計量數(shù)之比，說明到達平衡，故a錯誤；
b．隨反應(yīng)進行氣體的物質(zhì)的量減小，壓強增減小，容器內(nèi)壓強保持不變，說明到達平衡，故b正確；
c．不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于化學計量數(shù)之比，反應(yīng)到達平衡，故v_逆（NO）=2v_正（O₂），說明到達平衡，故c正確；
d．反應(yīng)混合氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，密度始終不變，故容器內(nèi)物質(zhì)的密度保持不變，不能說明到達平衡，故d錯誤；
故選bc，
故答案為：bc；
③為使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
a．及時分離出NO₂氣體，平衡向正反應(yīng)移動，但反應(yīng)速率降低，故a錯誤；
b．適當升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡向逆反應(yīng)移動，故b錯誤；
c．增大O₂的濃度，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)移動，故c正確；
d．選擇高效的催化劑，增大反應(yīng)速率，不影響平衡移動，故d錯誤；
故答案為：c；
（3）甲：升高溫度，化學平衡逆向移動，化學反應(yīng)速率會迅速增大，會離開原來的速率點，故甲錯誤；
乙：升高溫度，化學反應(yīng)速率會迅速增大，所以T₂時先達到化學平衡狀態(tài)，并且化學平衡逆向移動，二氧化氮的轉(zhuǎn)化率減小，故乙正確；
丙：對于反應(yīng)：4CO（g）+2NO₂（g）?4CO₂（g）+N₂（g），T不變，增大壓強，平衡正向移動，一氧化碳的體積分數(shù)會減小，故丙錯誤．
故答案為：乙．

點評 本題考查平衡常數(shù)即影響因素、化學反應(yīng)速率、影響化學平衡的元素與平衡狀態(tài)的判斷等，難度中等，注意平衡狀態(tài)判斷選擇判斷的物理量，應(yīng)隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)，屬于綜合的考查，注意知識的歸納和整理是解題關(guān)鍵．