Question

8．化学反应原理在科研和工农业生产中有广泛应用．
（1）某化学兴趣小组进行工业合成氨的模拟研究，反应的方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．在l L密闭容器中加入0.1 mol N₂和0.3mol H₂，实验①、②、③中c（N₂）随时间（t）的变化如图1所示：实验②从初始到平衡的过程中，该反应的平均反应速率v（NH₃）=0.008mol•L^-1•min^-1；与实验①相比，实验②和实验③所改变的实验条件分别为下列选项中的E、C（填字母编号）．
A．增大压强      B．减小压强       C．升高温度
D．降低温度       E．使用催化剂
（2）已知NO₂与N₂O₄可以相互转化：2NO₂（g）?N₂O₄（g）．
①T℃时，将0.40 mol NO₂气体充入容积为2L的密闭容器中，达到平衡后，测得容器中c（N₂O₄）=0.05 mol/L，则该反应的平衡常数K=5L•mol^-1；
②已知N₂O₄在较高温度下难以稳定存在，易转化为NO₂，若升高温度，上述反应的平衡常数K将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③向绝热密闭容器中通入一定量的NO₂，某时间段内正反应速率随时问的变化如图2所示．下列说法正确的是C（填字母编号）
A．反应在c点达到平衡状态
B．反应物浓度：a点小于b点
C．△t₁=△t₂时，NO₂的转化率：a～b段小于 b～c段
（3）25℃时，将a mol/L的氨水与b mol/L盐酸等体积混合，反应后溶液恰好显中性，则a＞b． （填“＞”、“＜”或“=”）；用a、b表示NH₃H₂O的电离平衡常数K_b=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$mol/L．

Answer 1

分析 （1）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算反应速率，根据图象可知②到达平衡的时间比①短，到达平衡时N₂的浓度与①相同，化学平衡不移动，故②与①相比加了催化剂，①和③比较可知，③的速率比①大，平衡时氮气的浓度高，即平衡逆向移动，故③应为升高温度；
（2）①根据反应方程式，利用平衡常数的定义计算；
②根据温度对平衡常数的影响判断；
③向绝热密闭容器中通入一定量的NO₂，根据图象可知，反应开始反应物浓度最大，但反应速率逐渐增大，据此判断；
（3）当a=b时，amol/L的氨水与b mol/L盐酸等体积混合，反应后溶液呈酸性，若溶液显中性，则酸的量要减少，故a＞b，根据氨水的电离平衡常数的定义可计算电离平衡常数．

解答 解：（1）根据像可知，②在10min时达到平衡，此时氮气的浓度变化为0.04mol/L，根据方程式或知，氨气的浓度变化了0.08mol/L，
则：v（NH₃）=$\frac{0.08mol/L}{10min}$=0.008mol•L^-1•min^-1；
根据图象可知②到达平衡的时间比①短，到达平衡时N₂的浓度与①相同，化学平衡不移动，故②与①相比加了催化剂，故E正确；①和③比较可知，③的速率比①大，平衡时氮气的浓度高，即平衡逆向移动，故③升高温度，故C正确，
故答案为：0.008 mol•L^-1•min^-1；E； C；
（2）①2NO₂（g）N₂O₄（g）
起始时  0.2mol•L^-1 0
转化    0.1mol•L^-1    0.05mol•L^-1
平衡时 0.1mol•L^-1  0.05mol•L^-1
故平衡常数K=$\frac{c（N{{\;}_{2}O}_{4}）}{c（N{O}_{2}）^{2}}$=$\frac{0.05}{0．{1}^{2}}$L•mol^-1=5L•mol^-1，
故答案为：5 L•mol^-1；
②温度升高，此平衡向逆反应方向移动，K值减小，
故答案为：减小；
③反应开始反应物浓度最大，但反应速率逐渐增大，说明反应为放热反应，
A．c点反应速率最大，但没有达到平衡状态，反应继续向正反应方向进行，c点时转化率不是最大，错误；
B．反应向正反应进行，随着反应的进行，反应物浓度逐渐降低，故B错误；
C、随反应的进行，体系是的温度越来越高，反应速率逐渐增大，当时间相同时，转化率逐渐增大，正确，
故答案为：C；
（3）当a=b时，amol•L^-1的氨水与b mol•L^一1盐酸等体积混合，反应后溶液呈酸性，若溶液显中性，则酸的量要减少，故a＞b．
反应后溶液显中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，根据电荷守恒溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=b/2mol/L，反应前c（NH₃•H₂O）=a/2mol/L，
则反应后一水合氨的浓度为：c（NH₃•H₂O）=（a/2-b/2）mol/L，所以氨水的电离平衡常数为：K=$\frac{c（N{H}_{4}{\;}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$═$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$mol/L，
故答案为：＞；$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$mol/L．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高考常见题型，侧重考查学生的分析能力和计算能力，题目涉及物质的量或浓度随时间的变化曲线、化学平衡常数的含义、化学平衡的影响因素、化学反应速率的影响因素及有关平衡常数的计算，中等难度．