Question

二氧化氮和二氧化硫是硝酸和硫酸工業(yè)的重要中間物質，有關性質表現如下，請完成相關問題：（Ⅰ）在100℃時，將0.200mol的四氧化二氮氣體充入2L抽空的密閉容器中，每隔一定時間對該容器內的物質進行分析，得到如下表格：

時間	0	20	40	60	80	100
c（N2O4）	0.100	c1	0.050	c3	a	b
c（NO2）	0.000	0.060	c2	0.120	0.120	0.120

（1）該反應的化學方程式為

 

，達到平衡時四氧化二氮的轉化率為

 

%．
（2）20s時四氧化二氮的濃度c₁=

 

mol?L^-1，在0～20s時間段內，四氧化二氮的平均反應速率為

 

mol?L^-1?s^-1．
（3）若在相同情況下最初向容器中充入的是二氧化氮氣體，要達到上述同樣的平衡狀態(tài)，二氧化氮的初始濃度為

 

mol?L^-1．
（Ⅱ）將一定量的SO₂和氧氣放入一定體積的密閉容器中，550℃時，在催化劑作用下發(fā)生反應：
2SO₂+O₂ 

催化劑

加熱

 2SO₃（正反應放熱）． 
（1）判斷該反應達到平衡狀態(tài)的標志是

 

．（填字母）
a．SO₂和SO₃濃度相等   b．SO₂百分含量保持不變    c．容器中氣體的壓強不變          d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等     e．容器中混合氣體的密度保持不變
（2）欲提高SO₂的轉化率，下列措施可行的是

 

．（填字母）
a．向裝置中再充入N₂   b．向裝置中再充入O₂ c．改變反應的催化劑     d．升高溫度．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學平衡專題

分析：Ⅰ、（1）由表可知，60s時反應達平衡，根據方程式計算△c（N₂O₄），根據轉化率計算平衡時N₂O₄的轉化率；60s后反應達平衡，反應混合物各組分的濃度不變．
（2）由△c（NO₂），根據方程式計算△c（N₂O₄），20s的四氧化二氮的濃度=起始濃度-△c（N₂O₄）；根據v=

△c

△t

計算v（N₂O₄）．
（3）恒溫恒容條件下，且反應前后氣體的物質的量發(fā)生變化，起始向容器中充入的是二氧化氮氣體，要達到相同的平衡狀態(tài)，按化學計量數轉化到N₂O₄一邊，滿足N₂O₄的濃度為0.1mol/L；
Ⅱ、（1）當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、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，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（2）該反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，欲提高SO₂的轉化率，則改變條件使平衡向正反應方向移動；

解答： 解：Ⅰ、（1）圖標數據分析可知反應的化學方程式為：N₂O₄?2 NO₂，
由表可知，60s時反應達平衡，c（NO₂）=0.120mol/L，
               N₂O₄?2 NO₂，
濃度變化：0.06mol/L 0.120mol/L
所以平衡時N₂O₄的轉化率為

0.06mol/L

0.1mol/L

×100%=60%；
故答案為：N₂O₄?2 NO₂，60；
（2）由表可知，20s時，c（NO₂ ）=0.060mol/L，所以
                N₂O₄?2 NO₂，
濃度變化：0.03mol/L 0.060mol/L
所以20s的四氧化二氮的濃度c₁=0.1mol/L-0.03mol/L=0.07mol/L；
在0s～20s內四氧化二氮的平均反應速率為v（N₂O₄）=

0.03mol/L

20s

=0.0015mol?（L?s）^-1．
故答案為：0.07；0.0015；
（3）恒溫恒容條件下，且反應前后氣體的物質的量發(fā)生變化，起始向容器中充入的是二氧化氮氣體，要達到相同的平衡狀態(tài)，按化學計量數轉化到N₂O₄一邊，滿足N₂O₄的濃度為0.1mol/L，由N₂O₄（g）?2 NO₂（g）可知，二氧化氮的初始濃度=2×0.1mol/L=0.2mol/L，
故答案為：0.2；
Ⅱ、（1）a．可逆反應到達平衡時SO₂和SO₃濃度不一定相等，與二氧化硫的起始濃度以及轉化率有關，故錯誤；        
b．可逆反應達到平衡狀態(tài)時，各物質的百分含量不變，SO₂百分含量保持不變，說明到達平衡狀態(tài)，故正確；
c．隨反應進行氣體的物質的量減小，恒溫恒容下，容器內氣體壓強減小，當容器中氣體的壓強不變，說明到達平衡狀態(tài)，故正確；
d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率都表示正反應速率，反應始終二者都按1：1進行，不能說明到達平衡狀態(tài)，故錯誤；
e．混合氣體的質量不變，容器的體積不變，所以密度始終不變，不能說明到達平衡狀態(tài)，故錯誤；
故選bc；   
（2）a．向裝置中再充入N₂，反應物和生成物的濃度不變，平衡不移動，所以不能提高轉化率，故錯誤；        
b．向裝置中再充入O₂，氧氣濃度增大，平衡向正反應方向移動，提高了二氧化硫的轉化率，故正確；
c．改變反應的催化劑只改變反應速率，不改變平衡，所以不能提高二氧化硫的轉化率，故錯誤；        
d．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，降低了二氧化硫的轉化率，故錯誤；
故選b；

點評：本題考查化學反應速率、化學平衡常數、化學平衡的有關計算、等效平衡、平衡狀態(tài)的判斷、影響化學平衡的因素等知識點等，難度中等，注意基礎知識的積累掌握；