Question

4．我国于2016年10月17日在酒泉卫星发射中心由“长征二号”FY11运载火箭发射“神舟十一号”载人飞船．“长征二号”FY11运载火箭使用的氧化剂是N₂O₄．如图，A是由导热材料制成的恒容密闭容器，B是一耐化学腐蚀且易于传热的透明气囊．关闭K₂，通过K₁、K₃分别向容器A、气囊B中充入1molNO₂，发生反应：2NO₂（g）?N₂O₄（g）．反应起始时A、B的体积均为1L．
（1）可通过容器A中AB（填字母）判断反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）已经达到平衡．
A．气体颜色不再改变                  B．气体的平均摩尔质量不再改变
C．气体的密度不再改变                D．容器中n（N₂O₄）：n（NO₂）=1：2
（2）容器A中达到平衡所需的时间为2s，达到平衡后容器A内的压强为起始压强的0.8倍，则容器A中0～2s内平均化学反应速率v（NO₂）=0.2 mol•L^-1•s^-1．
（3）若平衡后向容器A中再充入0.5mol N₂O₄，则重新到达平衡后，平衡常数K不变（填“变大”“变小”或“不变”，下同），NO₂的体积分数变小．
（4）若打开K₂，平衡后气囊B体积缩至0.2L，则打开K₂之前（气囊B中反应已达到平衡），气囊B的体积为0.6L．

Answer 1

分析 （1）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化；
（2）压强之比等于物质的量之比，计算平衡时混合气体物质的量，根据方程式计算反应的NO₂的物质的量，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO₂）；
（3）平衡常数只与温度有关，若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动；
（4）打开开关K，保持温度不变，再达平衡时，等效为开始加入2molNO₂到达的平衡，恒温恒压下与B中平衡为等效平衡，反应物转化率不变，平衡时混合气体总物质的量为B中2倍，恒温恒压下压强之比等于物质的量之比，则开始加入2molNO₂到达的平衡时总体积为原平衡中气球B体积的2倍．

解答 解：（1）A．气体颜色不再改变，可说明物质的浓度不变，达到平衡状态，故A正确；
B．气体的平均摩尔质量不再改变，说明气体的物质的量不变，达到平衡状态，故B正确；
C．气体的质量不变，容器的体积不变，无论是否达到平衡状态，气体的密度都不改变，故C错误；               
D．由于平衡常数位置，不能确定容器中n（N₂O₄）：n（NO₂）的值，故D错误．
故答案为：AB；
（2）压强之比等于物质的量之比，平衡时混合气体物质的量为1mol×0.8=0.8mol，则：
           2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量（mol）：1        0
转化量（mol）：x        0.5x
平衡量（mol）：1-x      0.5x
所以1-x+0.5x=0.8，解得x=0.4，
则v（NO₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{1L}}{2s}$=0.2mol/（L•s），
故答案为：0.2；
（3）平衡常数只与温度有关，温度不变，则平衡常数不变，若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动，重新到达平衡后，平衡混合气中NO₂的体积分数减小，
故答案为：不变；变小；
（4）打开开关K，保持温度不变，再达平衡时，等效为开始加入2molNO₂到达的平衡，恒温恒压下与B中平衡为等效平衡，反应物转化率不变，平衡时混合气体总物质的量为B中2倍，恒温恒压下压强之比等于物质的量之比，则开始加入2molNO₂到达的平衡时总体积为原平衡中气球B体积的2倍，所以打开K₂之前，气球B体积为（1L+0.2L）÷2=0.6L，
故答案为：0.6．

点评 本题考查化学平衡计算，为高频考点，涉及等效平衡问题，较好的考查学生分析解决问题能力，关键是等效平衡途径的建立，难度中等．