Question

13．（1）某温度时，在2L的密闭容器在X、Y、Z三种物质的量随时间的变化如图所示．
由图中所给数据进行分析，该反应的化学方程式为3X+Y?2Z，反应开始至1min，X的平均反应速率为0.15mol•L^-1•min^-1，当反应达到最大限度时，X的转化率为60%，Y的物质的量浓度为
0.4mol•L^-1．
（2）可逆反应：2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g），在体积不变的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是①④（填序号）
①单位时间内生成nmolO₂的同时生成2nmolNO₂
②单位时间内生成nmolO₂的同时生成2nmolNO
③混合气体的密度不再改变
④混合气体的颜色不再改变．

Answer 1

分析 （1）由图可知，该反应为可逆反应，反应开始到平衡过程中X、Y、Z的物质的量的变化值，三者之比等于化学计量数之比，从而得到该反应的化学反应方程式；
反应开始至1min，X的平均反应速率通过v（X）=$\frac{△n（X）}{V•△t}$计算；
当反应达到最大限度时，△n（X）=1.0mol-0.4mol=0.6mol，因此X的转化率为$\frac{0.6mol}{1.0mol}$×100%，Y的物质的量为0.8mol，体积为2L，带入c=$\frac{n}{V}$计算浓度；
（2）①生成O₂代表V_正，生成NO₂代表V_逆，单位时间内生成nmolO₂的同时生成2nmolNO₂，说明V_正（O₂）：V_逆（NO₂）=1：2，说明反应达到平衡状态；
②生成O₂和生成NO都代表V_正；
③根据ρ=$\frac{m}{V}$分析ρ是否为随时间变化而变化的物理量；
④混合气体的颜色不再改变，说明NO₂的浓度不再变化．

解答 解：（1）由图可知，4min后各物质的物质的量不随时间的变化而变化，该反应为可逆反应，X、Y的物质的量随时间的增大而减小，X、Y为反应物，Z为生成物，反应开始到平衡过程中，△n（X）=1.0mol-0.4mol=0.6mol，△n（Y）=1.0mol-0.8mol=0.2mol，△n（Z）=0.4mol-0=0.4mol，△n（X）：△n（Y）：△n（Z）=0.6mol：0.2mol：0.4mol=3：1：2，因此该反应的化学方程式为3X+Y?2Z，
反应开始至1min，X的平均反应速率通过v（X）=$\frac{△n（X）}{V•△t}$=$\frac{1.0mol-0.7mol}{2L×1min}$=0.15mol•L^-1•min^-1，
当反应达到最大限度时，△n（X）=1.0mol-0.4mol=0.6mol，因此X的转化率为$\frac{0.6mol}{1.0mol}$×100%=60%，Y的物质的量为0.8mol，体积为2L，Y的物质的量浓度为$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol•L^-1，
故答案为：3X+Y?2Z；0.15；60%；0.4；
（2）①生成O₂代表V_正，生成NO₂代表V_逆，单位时间内生成nmolO₂的同时生成2nmolNO₂，说明V_正（O₂）：V_逆（NO₂）=1：2，说明反应达到平衡状态；
②生成O₂和生成NO都代表V_正，不能说明正逆反应速率相等，因此单位时间内生成nmolO₂的同时生成2nmolNO，不能确定反应达到化学平衡状态；
③反应体系中全部为气体，因此混合气体的总质量m为定值，容器的体积为2L，因此V是定值，由ρ=$\frac{m}{V}$可知，混合气体的密度是不随时间变化而变化的物理量，因此混合气体的密度不再改变不能说明反应达到化学平衡状态；
④混合气体的颜色不再改变，说明NO₂的浓度不再变化，各组分的浓度保持恒定，说明反应达到化学平衡状态；
故答案为：①④．

点评 本题考查化学反应速率和化学平衡，为高频考点，化学方程式的确定和化学平衡状态的判定是该题的难点和易错点，题目难度中等．