Question

18．汽车尾气里含有的NO气体是由于内燃机燃烧的高温引起氮气和氧气反应：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，已知该反应在240℃，平衡常数K=64×10^-4．请回答：
（1）某温度下，向2L的密闭容器中充入N₂和O₂各1mol，5分钟后O₂的物质的量为0.5mol，则N₂的反应速率为0.05mol/（L．min）．
（2）假定该反应是在恒容条件下进行，判断该反应达到平衡的标志AD．
A．消耗1mol N₂同时生成1mol O₂ B．混合气体密度不变
C．混合气体平均相对分子质量不变D．2v_正（N₂）=v_逆（NO）
（3）将N₂、O₂的混合气体充入恒温恒容密闭容器中，下图变化趋势正确的是AC（填字母序号）．
（4）向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N₂和O₂，达到平衡状态后再向其中充入一定量NO，重新达到化学平衡状态．与原平衡状态相比，此时平衡混合气中NO的体积分数不变．（填“变大”、“变小”或“不变”）
（5）该温度下，某时刻测得容器内N₂、O₂、NO的浓度分别为2.5×10^-1 mol•L^-1、4.0×10^-2 mol•L^-1和3.0×10^-3 mol•L^-1，此时反应向正反应方向进行（填“处于化学平衡状态”、“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”），理由是浓度商小于平衡常数．

Answer 1

分析 （1）参加反应的n（O₂）=（1-0.5）mol=0.5mol，则参加反应的n（N₂）=n（O₂）（反应）=0.5mol，v（N₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
（2）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物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；
（3）A．该反应的正反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动；
B．催化剂加快反应速率，缩短反应到达平衡的时间，但平衡不移动；
C．温度越高，化学反应速率越快，反应到达平衡的时间越短，升高温度平衡正向移动，氮气的转化率增大；
（4）该反应前后气体物质的量不变，反应达到平衡后再加入NO，化学反应速率增大，加入NO相当于增大压强平衡不移动；
（5）先计算浓度商，根据化学平衡常数与浓度商相对大小确定反应方向．

解答 解：（1）参加反应的n（O₂）=（1-0.5）mol=0.5mol，则参加反应的n（N₂）=n（O₂）（反应）=0.5mol，v（N₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{5min}$=0.05mol/（L．min），
故答案为：0.05mol/（L．min）；
（2）A．消耗1mol N₂同时生成1mol O₂，生成1mol O₂同时生成1mol N₂，氮气正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故A正确；
B．反应前后气体总质量不变、容器体积不变，所以无论反应是否达到平衡状态，混合气体密度始终不变，不能据此判断平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体总物质的量不变、质量不变，则混合气体平均相对分子质量不变，不能据此判断平衡状态，故C错误；
D．2v_正（N₂）=v_逆（NO）=2v_逆（N₂），正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D正确；
故选AD；
（3）A．该反应的正反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，化学平衡常数增大，符合图象，故A正确；
B．催化剂加快反应速率，缩短反应到达平衡的时间，但平衡不移动，所以NO浓度相同，不符合图象，故B错误；
C．温度越高，化学反应速率越快，反应到达平衡的时间越短，升高温度平衡正向移动，氮气的转化率增大，符合图象，故C正确；
故选AC；
（4）该反应前后气体物质的量不变，反应达到平衡后再加入NO，化学反应速率增大，加入NO等效为增大压强平衡不移动，各物质的含量不变，所以此时平衡混合气中NO的体积分数不变，
故答案为：不变；
（5）浓度商=$\frac{（3×1{0}^{-3}）^{2}}{2.5×1{0}^{-1}×4.0×1{0}^{-2}}$=9×10^-4＜K，平衡正向移动，
故答案为：向正反应方向进行；浓度商小于平衡常数．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡状态判断、外界条件对化学平衡移动影响等知识点，侧重考查学生分析判断及计算能力，明确化学反应原理及平衡状态判断依据是解本题关键，难点是（4）题判断，注意等效平衡的灵活运用，题目难度中等．