Question

1．如图装置中，A是由导热材料制成的密闭容器，B是耐化学腐蚀且易于传热的透明气球，关闭K₂，将等量的1molNO₂通过K₁、K₃分别充A、B中，反应起始时，A、B的体积相同均为a L．已知：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0
（1）B中可通过气体颜色不变判断可逆反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）已经达到平衡．
（2）若平衡后向A中再充入0.5molN₂O₄，则重新到达平衡后，平衡混合气中NO₂的体积分数减小（填“变小”、“变大”或“不变”）．
（3）若A中到达平衡所需时间为ts，达到平衡后容器内压强为起始压强的0.8倍，则平均化学反应速率v（NO₂）=$\frac{0.4}{at}$mol/（L．min）．
（4）若打开K₂，平衡后B容器的体积缩至0.4aL，则打开K₂之前，气球B体积为0.7aL．

Answer 1

分析 （1）平衡时二氧化氮浓度不变，颜色不变化；
（2）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；
（3）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）；
（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）平衡时二氧化氮浓度不变，颜色不变化，B中可以根据气体颜色不变说明到达平衡，故答案为：气体颜色不变；
（2）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：减小；
（3）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）=$\frac{\frac{0.4mol}{aL}}{ts}$=$\frac{0.4}{at}$mol/（L．min），
故答案为：$\frac{0.4}{at}$mol/（L．min）；
（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（aL+0.4aL）÷2=0.7aL，
故答案为：0.7a．

点评 本题考查化学平衡计算，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．