Question

14．研究含氮污染物的治理是环保的一项重要工作．合理应用和处理氮的化合物，在生产生活中有重要意义．
I．污染物SO₂、NO_x经O₂预处理后用CaSO₃悬浊液吸收，可减少尾气中SO₂、NO_x的含量．T℃时，O₂氧化烟气中SO₂、NO_x的主要反应的热化学方程式为：
NO（g）+O₃（g）?NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-116.2kJ•mol^-1
SO₂（g）+O₃（g）?SO₃（g）+O₂（g）△H=-241.6kJ•mol^-1
（1）T℃时，反应3NO（g）+O₃（g）?3NO₂（g）的△H=-317.1 kJ•mol^-1．
（2）T℃时，将0.6mol NO和0.2molO₃气体充入到2L固定容积的恒温密闭容器中，NO的浓度随反应时间的变化如图1所示．

①T℃时，反应3NO（g）+O₃（g）?3NO₂（g）的平衡常数K=240．
②不能说明反应达到平衡状态的是C（填写字母）．
A．气体颜色不再改变       B．气体的平均摩尔质量不再改变
C．气体的密度不再改变     D．单位时间内生成O₃和NO₂物质的量之比为1：3
II．NO₂的二聚体N2O4是火箭中常用氧化剂．完成下列问题：
（3）如图2所示，A是由导热材料制成的恒容密闭容器，B是一耐化学腐蚀且易于传热的透明气囊．关闭K₂，将各1molNO₂通过K₁、K₃分别充入真空A、B中，反应起始时A、B的体积相同均为aL（忽略导管中的气体体积）．
①容器A中到达平衡所需时间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•s）．
②平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，则重新到达平衡后，平衡混合气中NO₂的体积分数（填“变大”、“变小”或“不变”）变小．
③在②平衡后，打开K₂，重新到达新平衡，B气囊的体积为0.8aL，则在打开K₂之前，气囊B的体积为0.9aL．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式；
（2）①化学平衡三行计算得到平衡浓度，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
②当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理性不变，以此解答该题；
Ⅱ．（3）①依据平衡三行计算列式计算二氧化氮的消耗浓度，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，相当于增大压强平衡正向进行；
③根据等效平衡分析．

解答 解：Ⅰ．（1）①NO（g）+O₃（g）?NO₂（g）+O₂（g）△H=-200.9kJ．mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-116.2kJ．mol^-1
①+②得到T℃时，反应3NO （g）+O₃（g）?3NO₂（g）的△H=-317.1KJ/mol，
故答案为：-317.1；
（2）①T℃时，将0.6mol NO和0.2molO₃气体充入到2L固定容积的恒温密闭容器中，图象分析可知平衡状态NO浓度为0.1mol/L，10min达到平衡，
                 3NO （g）+O₃（g）?3NO₂（g）
起始量（mol/L）   0.3       0.1       0
变化量（mol/L）   0.2       $\frac{0.2}{3}$       0.2
平衡量（mol/L）   0.1       $\frac{0.1}{3}$       0.2
K=$\frac{0．{2}^{3}}{0．{1}^{3}×\frac{0.1}{3}}$=240，
故答案为：240； 
②反应3NO （g）+O₃（g）?3NO₂（g）的△H=-317.1KJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应，
A．气体颜色不再改变，说明二氧化氮浓度不变，反应达到平衡状态，故A不符合；    
B．反应前后气体质量不变，物质的量变化，当气体的平均摩尔质量不再改变说明反应达到平衡状态，故B不符合；
C．气体质量和体积不变，气体的密度始终不改变，不能说明反应达到平衡状态，故C符合；
D．反应速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率之比，当单位时间内生成O₃和NO₂物质的量之比为1：3，表明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故D不符合；
故答案为：C；
Ⅱ．（3）①关闭K₂，将各1molNO₂通过K₁、K₃分别充入真空A、B中，反应起始时A、B的体积相同均为aL，若容器A中到达平衡所需时间ts，达到平衡后容器内压强为起始压强的0.8倍，设生成四氧化二氮为x
         2NO₂（g）?N₂O₄（g）
起始量     1         0
变化量     2x        x
平衡量   1-2x        x
1-2x+x=0.8×1，
x=0.2mol，
则平均化学反应速率v（NO₂）=$\frac{\frac{2×0.2mol}{aL}}{ts}$=$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s），
故答案为：$\frac{0.4}{at}$mol/（L•s）；
②若平衡后在A容器中再充入0.5mol N₂O₄，相当于中等压强，平衡正向进行，则重新到达平衡后，平衡混合气中NO₂的体积分数变小，故答案为：变小；
 ③打开K₂，则相当于是在等温等压时的平衡，因此平衡时等效的．由于此时反应物的物质的量是B中的二倍，所以打开K₂之前，气球B体积为（aL+0.8aL）÷2=0.9aL，
故答案为：0.9a．

点评 本题考查较为综合，涉及热化学方程式书写、化学平衡状态的判断、化学平衡常数的计算，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，题目难度中等，注意基础知识的举一反三．