Question

3．（1）某温度时，2L的密闭容器中X、Y、Z=种气体物质的物质的量随时间的变化如图 所示．
由图中数据分析，该反应的化学方程式为3X+Y=2Z（用X、Y、Z表示），反应开始至lmin，X的平均反应速率为0.15mol/（L．min）．若4min时反应达到最大限度，Z的物质的量等于0.4 mol．此时，X的转化率为60%，Y的物质的量浓度为0.4mol/L
（2）可逆反应：2N0₂（g）?2N0（g）+0₂（g），在体积不变的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是①④（填序号）．
①单位时间内生成nmol0₂的同时生成2nmolN0₂
②单位时间内生成nmol0₂的同时生成2nmolNO
③用N0₂、N0、0₂的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2：2：1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态．

Answer 1

分析 （1）根据图象知，X、Y是反应物而Z是生成物，反应达到平衡状态时，参加反应的△n（X）=（1.0-0.4）mol=0.6mol、△n（Y）=（1.0-0.8）mol=0.2mol、△n（Z）=（0.4-0）mol=0.4mol，参加反应的各物质的物质的量变化量之比等于其计量数之比，所以X、Y、Z计量数之比=0.6mol：0.2mol：0.4mol=3：1：2，据此书写其化学方程式；
X的反应速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
4min时，反应达到平衡状态，Z的物质的量为0.4mol，根据X和Z的关系式知，参加反应的X的物质的量为0.6mol，转化率=$\frac{参加反应的物质的量}{反应初始物质的量}×100%$；
根据Z和Y的关系式知，参加反应的Y的物质的量为0.2mol，则剩余Y的物质的量0.8mol，Y的物质的量浓度=$\frac{n}{V}$；
（2）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．

解答 解：（1）根据图象知，X、Y是反应物而Z是生成物，反应达到平衡状态时，参加反应的△n（X）=（1.0-0.4）mol=0.6mol、△n（Y）=（1.0-0.8）mol=0.2mol、△n（Z）=（0.4-0）mol=0.4mol，参加反应的各物质的物质的量变化量之比等于其计量数之比，所以X、Y、Z计量数之比=0.6mol：0.2mol：0.4mol=3：1：2，该反应的化学方程式为3X+Y=2Z；
X的反应速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{1.0mol-0.7mol}{2L}}{1min}$=0.15mol/（L．min）；
4min时，反应达到平衡状态，Z的物质的量为0.4mol，根据X和Z的关系式知，参加反应的X的物质的量为0.6mol，转化率=$\frac{参加反应的物质的量}{反应初始物质的量}×100%$=$\frac{0.6mol}{1.0mol}×100%$=60%；
根据Z和Y的关系式知，参加反应的Y的物质的量为0.2mol，则剩余Y的物质的量0.8mol，Y的物质的量浓度=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L，
故答案为：3X+Y=2Z；0.15mol/（L．min）；60%；0.4mol/L；
（2）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，
①单位时间内生成nmol0₂的同时生成2nmolN0₂，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；
②无论反应是否达到平衡状态，都存在单位时间内生成nmol0₂的同时生成2nmolNO，所以不能据此判断平衡状态，故错误；
③无论反应是否达到平衡状态，都存在用N0₂、N0、0₂的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2：2：1的状态，不能据此判断平衡状态，故错误；
④混合气体的颜色不再改变的状态，说明二氧化氮浓度不变，则反应达到平衡状态，故正确；
⑤无论反应是否达到平衡状态，混合气体的密度始终不变，不能据此判断平衡状态，故错误；
故选①④．

点评 本题考查图象分析及平衡状态判断，侧重考查学生分析计算能力，明确物质的量变化量与计量数关系是解本题关键，注意只有反应前后改变的物理量才能作为平衡状态判断依据，题目难度中等．