Question

4．我國于2016年10月17日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由“長征二號”FY11運載火箭發(fā)射“神舟十一號”載人飛船．“長征二號”FY11運載火箭使用的氧化劑是N₂O₄．如圖，A是由導熱材料制成的恒容密閉容器，B是一耐化學腐蝕且易于傳熱的透明氣囊．關閉K₂，通過K₁、K₃分別向容器A、氣囊B中充入1molNO₂，發(fā)生反應：2NO₂（g）?N₂O₄（g）．反應起始時A、B的體積均為1L．
（1）可通過容器A中AB（填字母）判斷反應2NO₂（g）?N₂O₄（g）已經達到平衡．
A．氣體顏色不再改變                  B．氣體的平均摩爾質量不再改變
C．氣體的密度不再改變                D．容器中n（N₂O₄）：n（NO₂）=1：2
（2）容器A中達到平衡所需的時間為2s，達到平衡后容器A內的壓強為起始壓強的0.8倍，則容器A中0～2s內平均化學反應速率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，則重新到達平衡后，平衡常數(shù)K不變（填“變大”“變小”或“不變”，下同），NO₂的體積分數(shù)變�。�
（4）若打開K₂，平衡后氣囊B體積縮至0.2L，則打開K₂之前（氣囊B中反應已達到平衡），氣囊B的體積為0.6L．

Answer 1

分析 （1）反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發(fā)生變化；
（2）壓強之比等于物質的量之比，計算平衡時混合氣體物質的量，根據方程式計算反應的NO₂的物質的量，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO₂）；
（3）平衡常數(shù)只與溫度有關，若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，等效為在原平衡基礎上增大壓強，平衡正向移動；
（4）打開開關K，保持溫度不變，再達平衡時，等效為開始加入2molNO₂到達的平衡，恒溫恒壓下與B中平衡為等效平衡，反應物轉化率不變，平衡時混合氣體總物質的量為B中2倍，恒溫恒壓下壓強之比等于物質的量之比，則開始加入2molNO₂到達的平衡時總體積為原平衡中氣球B體積的2倍．

解答 解：（1）A．氣體顏色不再改變，可說明物質的濃度不變，達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．氣體的平均摩爾質量不再改變，說明氣體的物質的量不變，達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．氣體的質量不變，容器的體積不變，無論是否達到平衡狀態(tài)，氣體的密度都不改變，故C錯誤；               
D．由于平衡常數(shù)位置，不能確定容器中n（N₂O₄）：n（NO₂）的值，故D錯誤．
故答案為：AB；
（2）壓強之比等于物質的量之比，平衡時混合氣體物質的量為1mol×0.8=0.8mol，則：
           2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量（mol）：1        0
轉化量（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，
則v（NO₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{1L}}{2s}$=0.2mol/（L•s），
故答案為：0.2；
（3）平衡常數(shù)只與溫度有關，溫度不變，則平衡常數(shù)不變，若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，等效為在原平衡基礎上增大壓強，平衡正向移動，重新到達平衡后，平衡混合氣中NO₂的體積分數(shù)減小，
故答案為：不變；變�。�
（4）打開開關K，保持溫度不變，再達平衡時，等效為開始加入2molNO₂到達的平衡，恒溫恒壓下與B中平衡為等效平衡，反應物轉化率不變，平衡時混合氣體總物質的量為B中2倍，恒溫恒壓下壓強之比等于物質的量之比，則開始加入2molNO₂到達的平衡時總體積為原平衡中氣球B體積的2倍，所以打開K₂之前，氣球B體積為（1L+0.2L）÷2=0.6L，
故答案為：0.6．

點評 本題考查化學平衡計算，為高頻考點，涉及等效平衡問題，較好的考查學生分析解決問題能力，關鍵是等效平衡途徑的建立，難度中等．