Question

氮的化合物在生产生活中广泛存在。

(1)用焦炭还原NO的反应为:2NO(g)+C(s)⇌N₂(g)+CO₂(g)，向容积均为1L的甲、乙、丙三个恒容恒温(反应温度分别为400 ℃、400 ℃、T℃)容器中分别加入足量的焦炭和一定量的NO，测得各容器中n(NO)随反应时间t的变化情况如下表所示:

t/min	0	40	80	120	160
n(NO) (甲容器) /mol	2.00	1.50	1.10	0.80	0.80
n(NO) (乙容器) /mol	1.00	0.80	0.65	0.53	0.45
n(NO) (丙容器) /mol	2.00	1.45	1.00	1.00	1.00

①该反应为______(填“放热”或“吸热”)反应。平衡常数的表达式为K=______

②乙容器在200 min达到平衡状态，则0～200 min内用NO的浓度变化表示的平均反应速率v(NO)=_。

(2)用焦炭还原NO₂的反应为：2NO₂(g)+2C(s)⇌N₂(g)+2CO₂(g)，在恒温条件下，1 mol NO₂和足量C发生该反应，测得平衡时NO₂和CO₂的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示：

①A、B两点的浓度平衡常数关系：K_c(A)___K_c(B)（填“＜”或“＞”或“=”）。A、B、C三点中NO₂的转化率最高的是_____(填“A”或“B”或“C”)点。

②计算C点时该反应的压强平衡常数K_p(C)=______(K_p是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

(3)对于2NO(g)+2CO(g)⇌N₂(g)+2CO₂(g)，在一定温度下，于1L的恒容密闭容器中充入0.1 mol NO和0.3mol CO，反应开始进行。

①下列能说明该反应已经达到平衡状态的是_____(填字母代号)

A. c(CO)=c(CO₂)          B. 容器中混合气体密度不变       

C. v(N₂)_正=2v(NO)_逆        D. 容器中混合气体的平均摩尔质量不变   

②下图为容器内的压强(P)与起始压强(P_o)的比值()随时间(t)的变化曲线，曲线中的两个点的坐标分别为(5，0.925)和(10，0.90)。平衡时NO的转化率为________

Answer

放热 0.003 mol/(L·min) = A 2MPa D 80%

【解析】

(1)①根据温度对化学反应速率以及对化学平衡的影响分析；

②根据等效平衡以及速率的计算公式进行分析计算；

(2)②根据压强对化学平衡的影响分析；
③已知C点NO2和CO2的物质的量浓度相等，据此列三段式计算平衡时各物质的物质的量，再计算Kp；

(3)根据化学平衡状态的判断依据分析；

②列三段式并结合阿伏加德罗定律推论分析计算。

(1)①由表格中的数据可知，丙容器与甲容器投入量相同，达到平衡所用时间较短，说明丙容器温度较高，而丙容器平衡时NO的浓度比甲容器高，说明温度升高平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应；平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，固体的浓度视为常数，不代入平衡常数的表达式，故该反应的平衡常数的表达式为；

②反应2NO(g)+C(s)⇌N2(g)+CO2(g)，反应前后气体体积不变，相同温度下，甲与乙为等效平衡，故乙平衡时NO的物质的量为甲平衡时的一半，为0.4mol，则0∼200min内用NO的浓度变化表示的平均反应速率；

(2)①A、B两点的温度相同，平衡常数K只与温度有关，故A、B两点的浓度平衡常数关系：Kc(A)=Kc(B)；反应2NO2(g)+2C(s)⇌N2(g)+2CO2(g)的正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡逆向移动，故A、B、C三点中NO2的转化率最高的是A点；

②设C点时NO2的转化量为x mol，可列出三段式(单位为mol)：，由图可知，C点时NO2和CO2的物质的量浓度相等，则1−x=x，解得x=0.5，则平衡时总的物质的量为1.25mol，C点时该反应的压强平衡常数；

(3)① A. c(CO)=c(CO2)不能说明正逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；

B. 混合气体总质量不变，容器容积不变，则容器中混合气体的密度始终不变，因此容器中混合气体密度不变，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；

C. 可逆反应达到平衡状态时，一定满足正逆反应速率相等，在用不同物质的反应速率表示平衡状态时，必须表明“一正一逆”，且等于系数之比，故v(N2)正=2v(NO)逆不能说明反应达到平衡状态，故C错误；

D. 反应前后气体质量不变，气体物质的量变化，则随着反应进行，容器中混合气体的平均摩尔质量发生变化，当容器中混合气体的平均摩尔质量不变时，说明反应达到平衡状态，故D正确；

②由图可知，10min时反应达到平衡，设达到平衡时，NO的转化量为2x mol，可列出三段式(单位为mol)：，平衡时气体总物质的量为(0.4-x)mol，又=0.9，根据阿伏加德罗定律推论，同温和同体积时，压强比等于物质的量之比，则，解得x=0.04mol，。