Question

在一定温度下，体积为2 L的密闭容器中，NO₂和N₂O₄之间发生反应：2NO₂(g)(红棕色)N₂O₄(g)(无色)，如图所示。

(1)曲线________(填“X”或“Y”)表示N₂O₄的物质的量随时间的变化曲线。

(2)3 min内，以X的浓度变化表示的平均反应速率为_____________。

(3)下列措施能使该反应速率加快的是________(用序号回答)。

①升高温度    ②减小容器体积   ③通入N₂O₄ ④通入Ar使压强增大  ⑤通入HCl气体

(4)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是____________(填标号)。 

A．容器内压强不再发生变化

B．混合气体的密度不变

C．容器内混合气体原子总数不变

D．混合气体的平均相对分子质量不变

E．v(NO₂)=2v(N₂O₄) 

F．相同时间内消耗n mol的Y的同时消耗2n mol的X

Answer

Y 0.1 mol/(L·min) ①②③ A、D、F

【解析】

(1)根据相同时间内物质改变的物质的量的比等于化学计量数的比分析判断；

(2)根据v=计算反应速率；

(3)根据化学反应速率的影响因素分析判断；

(4)根据平衡是各种物质的浓度不变、物质的含量不变，反应速率不变分析判断。

(1)根据图示可知：在3 min内X改变的物质的量是0.6 mol，Y改变的物质的量是0.3 mol，n(X)：n(Y)=0.6 mol：0.3 mol=2：1，所以X表示NO2，Y表示N2O4；

(2)反应在体积为2 L的密闭容器中进行，在3 min内NO2的物质的量变化了0.6 mol，所以用NO2表示的反应速率v(NO2)= =0.1 mol/(L·min)；

(3)①升高温度，物质的内能增加，更多的分子变为活化分子，活化分子数增加，反应速率加快，①符合题意；

②减小容器体积，使物质的浓度增大，单位体积内活化分子数增加，反应速率加快，②符合题意；

③通入N2O4气体，使物质浓度增大，单位体积内活化分子数增加，反应速率加快，③符合题意；

④通入Ar使压强增大，但不能改变体系内的任何一种物质的浓度，化学反应速率不变，④不符合题意；

⑤通入HCl气体，与反应体系无关，不能改变物质的浓度，反应速率不变，⑤不符合题意；

故合理选项是①②③；

(4) A．该反应在恒容密闭容器中进行，反应前后气体的物质的量发生变化，若容器内压强不再发生变化，说明气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，A正确；

B．容器的容积不变，反应混合物都是气体，气体的质量不变，则任何条件下气体的密度都不变，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态，B错误；

C．反应混合物都是气体，反应遵循质量守恒定律，气体的质量不变，气体原子数目不变，所以不能据此判断反应是否处于平衡状态，C错误；

D．混合气体的总质量不变，若反应达到平衡状态，则气体的物质的量不变，单位物质的量的气体的质量也不变，气体平均相对分子质量不变，因此可据此判断反应处于平衡状态，D正确；

E．v(NO2)=2v(N2O4)未指明反应速率是正反应速率还是 逆反应速率，因此不能判断平衡状态，E错误；

F．相同时间内消耗n mol的Y就会产生2 n mol的X，同时消耗2n mol的X，则X的物质的量不变，由于容器的容积不变，则反应处于平衡状态，F正确；

故合理选项是A、D、F。