Question

9．温度为T₁时，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO₂（g）?2NO（g）+O₂ （g） （正反应吸热）．实验测得：v_正=v （NO₂ ）_消耗=k_正c²（NO₂ ），v_逆=v（NO）_消耗=2v （O₂ ）_消耗=k_逆c² （NO）•c（O₂ ），k_正、k_逆为速率常数，受温度影响．下列说法正确的是（　　）

容器编号	物质的起始浓度（mol•L-1）			物质的平衡浓度（mol•L-1）
	c（NO2）	c（NO）	c（O2）	c（O2）
Ⅰ	0.6	0	0	0.2
Ⅱ	0.3	0.5	0.2
Ⅲ	0	0.5	0.35

• A． 达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为 4：5
• B． 达平衡时，容器Ⅱ中 c（O₂ ）/c（NO₂ ） 比容器Ⅰ中的大
• C． 达平衡时，容器Ⅲ中 NO 的体积分数小于50%
• D． 当温度改变为 T₂时，若 k_正=k_逆，则 T₂＞T₁

Answer 1

分析 A．I中的反应2NO₂（g）?2NO（g）+O₂ （g）
开始（mol/L）0.6             0             0
反应（mol/L）0.4            0.4           0.2
平衡（mol/L）0.2             0.4          0.2
化学平衡常数K=$\frac{0．{4}^{2}×0.2}{0．{2}^{2}}$=0.8
容器体积为1L，则平衡时I中气体总物质的量=1L×（0.2+0.4+0.2）mol/L=0.8mol，
恒容恒温时气体压强之比等于其物质的量之比，如果平衡时I、II中压强之比为4：5，则II中平衡时气体总物质的量为1mol，II中开始时浓度商=$\frac{0．{5}^{2}×0.2}{0．{3}^{2}}$=$\frac{5}{9}$＜0.8，则平衡正向移动；
B．如果II中平衡时 c（NO₂）=c（O₂），设参加反应的 c（NO₂）=xmol/L，则0.3-x=0.2+0.5x，x=$\frac{1}{15}$，
平衡时 c（NO₂）=c（O₂）=$\frac{7}{30}$mol/L，c（NO）=0.5mol/L+$\frac{1}{15}$mol/L=$\frac{17}{30}$mol/L，II中$\frac{（\frac{17}{30}）^{2}×\frac{7}{30}}{（\frac{7}{30}）^{2}}$≈1.3＞0.8，说明II中平衡时应该存在 c（NO₂）＞c（O₂）；
C．如果III中NO和氧气完全转化为二氧化氮，则c（NO₂）=0.5mol/L，且容器中还有 c（O₂）=0.1mol/L剩余，与I相比，III是相当于增大压强，平衡逆向移动，二氧化氮和氧气之和所占体积比大于50%；
D．v_正=v （NO₂ ）_消耗=k_正c²（NO₂ ），v_逆=v（NO）_消耗=2v （O₂ ）_消耗=k_逆c² （NO）•c（O₂ ），
达到平衡状态时正逆反应速率相等，则k_正c²（NO₂ ）=k_逆c² （NO）•c（O₂ ），且k_正=k_逆，则c²（NO₂ ）=c² （NO）•c（O₂ ），化学平衡常数K等于1．

解答 解：A．I中的反应2NO₂（g）?2NO（g）+O₂ （g）
开始（mol/L）0.6             0             0
反应（mol/L）0.4            0.4           0.2
平衡（mol/L）0.2             0.4          0.2
化学平衡常数K=$\frac{0．{4}^{2}×0.2}{0．{2}^{2}}$=0.8
容器体积为1L，则平衡时I中气体总物质的量=1L×（0.2+0.4+0.2）mol/L=0.8mol，
恒容恒温时气体压强之比等于其物质的量之比，如果平衡时I、II中压强之比为4：5，则II中平衡时气体总物质的量为1mol，II中开始时浓度商=$\frac{0．{5}^{2}×0.2}{0．{3}^{2}}$=$\frac{5}{9}$＜0.8，则平衡正向移动，平衡正向移动导致混合气体总物质的量之和增大，所以达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比小于 4：5，故A错误；
B．如果II中平衡时 c（NO₂）=c（O₂），设参加反应的 c（NO₂）=xmol/L，则0.3-x=0.2+0.5x，x=$\frac{1}{15}$，
平衡时 c（NO₂）=c（O₂）=$\frac{7}{30}$mol/L，c（NO）=0.5mol/L+$\frac{1}{15}$mol/L=$\frac{17}{30}$mol/L，II中$\frac{（\frac{17}{30}）^{2}×\frac{7}{30}}{（\frac{7}{30}）^{2}}$≈1.3＞0.8，说明II中平衡时应该存在 c（NO₂）＞c（O₂），容器I中 c（O₂ ）/c（NO₂=1，所以达平衡时，容器Ⅱ中 c（O₂ ）/c（NO₂ ）小于1，则 比容器Ⅰ中的小，故B错误；
C．如果III中NO和氧气完全转化为二氧化氮，则c（NO₂）=0.5mol/L，且容器中还有 c（O₂）=0.1mol/L剩余，与I相比，III是相当于增大压强，平衡逆向移动，二氧化氮和氧气之和所占体积比大于50%，则达平衡时，容器Ⅲ中 NO 的体积分数小于50%，故C正确；
D．v_正=v （NO₂ ）_消耗=k_正c²（NO₂ ），v_逆=v（NO）_消耗=2v （O₂ ）_消耗=k_逆c² （NO）•c（O₂ ），
达到平衡状态时正逆反应速率相等，则k_正c²（NO₂ ）=k_逆c² （NO）•c（O₂ ），且k_正=k_逆，则c²（NO₂ ）=c² （NO）•c（O₂ ），化学平衡常数K等于1，该温度下的K大于0.8，且该反应的正反应是吸热反应，说明升高温度平衡正向移动，所以 T₂＞T₁，故D正确；
故选CD．

点评 本题考查化学平衡计算，为高频考点，侧重考查学生分析、计算及灵活运用知识解答问题能力，如果单纯的根据设未知数计算要涉及一元三次方程而难以解答，这需要学生灵活运用知识巧妙的避开一元三次方程而解答问题，题目难度较大．