内容正文:
第2节 化学反应的限度
第2课时 反应条件对化学平衡的影响(一)
优化探究
第2章 化学反应的方向、限度与速率
[课程标准要求] 1.能描述化学平衡状态,理解化学平衡状态的含义。
2.能判断化学反应是否达到平衡状态。3.了解温度对化学平衡状态的影响。
任务一 化学平衡状态及化学平衡移动
任务二 温度的影响
课时作业 巩固提升
任务一 化学平衡状态及化学平衡移动
1.化学平衡状态
(1)概念:在一定条件下的可逆反应体系中,当 时,反应物和生成物的 的状态,称之为化学平衡状态,简称化学平衡,化学平衡是一种动态平衡。
正、逆反应的速率相等
浓度均保持不变
(2)化学平衡状态的建立
平衡后正、逆反应速率 ,各物质浓度、体系的组成都不再
。
相等
变化
(3)化学平衡的特征
可逆反应
相等
=
v正=v逆≠0
一定
(4)化学平衡状态的判断依据
①判断化学平衡状态的策略——“正逆相等,变量不变”
②化学平衡的判定
对于密闭容器中的可逆反应:mA(g)+nB(g) ⥫⥬pC(g)+qD(g),根据下列条件判断化学反应是否达到平衡状态,用“平衡”或“不一定平衡”填表。
化学反应 mA(g)+nB(g) ⥫⥬pC(g)+qD(g) 是否平衡
混合体系中各成分的含量 a.各物质的物质的量或物质的量分数一定 _______
b.各物质的质量或质量分数一定 _______
c.各气体的体积或体积分数一定 _______
d.总体积、总压强、总物质的量一定 __________
平衡
平衡
平衡
不一定平衡
化学反应 mA(g)+nB(g) ⥫⥬pC(g)+qD(g) 是否平衡
正、逆反
应速率之
间的关系 a.单位时间内消耗了m mol A,同时也生成了m mol A ________
b.单位时间内消耗了n mol B,同时也消耗了p mol C _________
c.v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q _________
d.单位时间内生成了n mol B,同时也消耗了q mol D _________
平衡
平衡
不一定平衡
不一定平衡
化学反应 mA(g)+nB(g) ⥫⥬pC(g)+qD(g) 是否平衡
气体的
压强 a.其他条件一定、总压强一定,且m+n≠p+q _________
b.其他条件一定、总压强一定,且m+n=p+q _________
混合气体
的平均相
对分子质量 a.平均相对分子质量一定,且m+n≠p+q _________
b.平均相对分子质量一定,且m+n=p+q _________
平衡
不一定平衡
平衡
不一定平衡
化学反应 mA(g)+nB(g) ⥫⥬pC(g)+qD(g) 是否平衡
温度 任何化学反应都伴随着能量变化,当绝热体系温度一定时 _________
气体密
度(ρ) a.只有气体参加的反应,密度保持不变(恒容密闭容器中) _________
b.m+n≠p+q时,密度保持不变(恒压容器中) _________
c.m+n=p+q时,密度保持不变(恒压容器中) _________
平衡颜色 反应体系内有色物质的颜色稳定不变(其他条件不变) _________
平衡
不一定平衡
平衡
不一定平衡
平衡
2.化学平衡移动
(1)概念:化学平衡是在一定条件下建立起来的。受 、压强或浓度变化的影响,化学反应由一种 变为另一种
的过程,称为化学平衡移动。
温度
平衡状态
平衡状态
(2)化学平衡移动的过程分析
(3)化学平衡移动方向的判断
①根据结果判断
对于一个已经达到化学平衡状态的反应,如果平衡移动的结果使反应产物浓度变大,则平衡 移动,反之,平衡 移动。
正向(或向右)
逆向(或向左)
②根据反应速率判断
改变条件
不
向右(或正向)
向左(或逆向)
③根据化学平衡常数判断
改变条件
逆反应
正反应
1.化学平衡状态的建立过程中,正反应速率一定大于逆反应速率。( )
2.在合成氨反应中,当氨气的生成速率与氮气的生成速率相等时,反应达到平衡。( )
3.平衡移动,平衡常数不一定改变,但平衡常数改变,平衡一定发生移动。
( )
4.外界条件发生变化,化学平衡不一定移动。( )
×
×
√
√
1.在恒温恒容的密闭容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强,②混合气体的密度,③混合气体的总物质的量,④混合气体的平均相对分子质量,⑤混合气体的颜色,⑥各反应物或反应产物的反应速率之比都等于其化学计量数之比。
(1)一定能证明2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g)达到平衡状态的是 (填序号,下同)。
①③④
混合气体的密度是混合气体的总质量与容器容积的比值,混合气体的平均相对分子质量是混合气体的总质量与总物质的量的比值,混合气体颜色的深浅与有色气体的浓度有关系。在任何时刻各反应物或反应产物的反应速率之比都等于其化学计量数之比。
(1)反应2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g)是反应前后气体体积减小的可逆反应,因此混合气体的压强、总物质的量和平均相对分子质量不变均可以说明反应达到平衡状态。
(2)一定能证明I2(g)+H2(g)⥫⥬2HI(g)达到平衡状态的是 。
(2)反应I2(g)+H2(g)⥫⥬2HI(g)是反应前后气体体积不变的可逆反应,由
于碘蒸气是有色气体,则混合气体的颜色不变可以说明反应达到平衡状态。
⑤
(3)一定能证明A(s)+2B(g)⥫⥬C(g)+D(g)达到平衡状态的是 。
(3)反应A(s)+2B(g)⥫⥬C(g)+D(g)是反应前后气体体积不变,但气体质量增加的可逆反应,因此混合气体的密度、混合气体的平均相对分子质量不变可以说明反应达到平衡状态。
②④
2.在一定温度和催化剂存在的条件下,向1 L密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2发生反应:CO2(g)+3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)+H2O(g),当CO2的平衡转化率为50%时,产物甲醇的体积分数为 (保留三位有效数字),该温度下,正反应的平衡常数K= 。若向该容器中再充入
0.5 mol H2和0.5 mol H2O(g),其他条件不变时平衡 移动(填“正向”“逆向”或“不”)。
16.7%
0.148 mol-2·L2
正向
在一定温度和催化剂存在的条件下,向1 L密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,当CO2的平衡转化率为50%时:
CO2(g)+3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)+H2O(g)
开始/mol 1 3 0 0
转化/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
平衡/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
产物甲醇的体积分数为
×100%≈16.7%;该温度下,正反应的平衡常数K= mol-2·L2≈0.148 mol-2·L2;若向该容器中再充入0.5 mol H2和0.5 mol H2O(g),
则Q= mol-2·L2=0.125 mol-2·L2<K,其他条件不变时平衡正向移动。
化学平衡的移动
1.在一定条件下,使NO和O2在一密闭容器中进行反应2NO(g)+O2(g)⥫⥬2NO2(g),下列说法不正确的是( )
A.反应开始时,正反应速率最大,逆反应速率为零
B.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后为零
C.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大
D.随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后与正反应速率相等
B
随着反应的进行,反应物的浓度降低、生成物的浓度增大,故正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,最后不变,正、逆速率相等,但都不为零,故选B。
2.在一绝热(不与外界发生热交换)的恒容容器中,发生反应:
2A(g)+B(s)⥫⥬C(g)+D(g),下列描述能表明反应已达到平衡状态的有
( )
①容器内温度不变 ②混合气体的密度不变 ③混合气体的压强不变 ④混合气体的平均相对分子质量不变 ⑤C(g)的物质的量浓度不变 ⑥容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1 ⑦某时刻v(A)=2v(C)且不等于零 ⑧单位时间内生成n mol D,同时生成2n mol A
A.①②③④⑤⑧ B.①②④⑤⑧
C.①②④⑤⑥⑧ D.①②④⑤⑦⑧
A
3.(2023·湖北武汉高二检测)下列叙述一定能判断某化学平衡发生移动的是( )
A.混合物中各组分的浓度改变
B.正、逆反应速率改变
C.混合物中各组分的体积分数改变
D.混合体系的压强发生改变
C
任务二 温度的影响
1.实验原理:NO2反应生成N2O4的体系中存在平衡
2NO2(g)( 色) ⥫⥬N2O4(g)( 色) ΔH=-56.9 kJ·mol-1。
红棕
无
2.实验装置与现象
实验
装置
实验
现象 放进热水中 放进冰水中
烧瓶内颜色 烧瓶内颜色
加深
变浅
3.实验结论
其他条件不变的情况下,升高温度,会使化学平衡向 的方向移动;降低温度,会使化学平衡向 的方向移动。
吸热反应
放热反应
4.用v-t图像分析温度对化学平衡的影响
(1)aA+bB⥫⥬cC+dD ΔH<0
(2)aA+bB⥫⥬cC+dD ΔH>0
(1)t2时刻,升高温度,使v正'、v逆'都 ,但 增大的程度大,则
v逆' v正',平衡向 (即 热反应)方向移动;降低温度,使v正'、v逆'都 ,但 减小的程度大,则v正' v逆',平衡向 (即 热反应)方向移动;
(2)t2时刻,升高温度,使v正'、v逆'都 ,但 增大的程度大,则
v正' v逆',平衡向 (即 热反应)方向移动;降低温度,使v正'、v逆'都 ,但 减小的程度大,则v逆' v正',平衡向 (即 热反应)方向移动。
增大
v逆'
>
逆反应
吸
减小
v逆'
>
正反应
放
增大
v正'
>
正反应
吸
减小
v正'
>
逆反应
放
1.温度可以影响任意可逆反应的化学平衡状态。( )
2.升高温度,反应速率加快,化学平衡正向移动。( )
3.升高温度,反应速率加快,但反应物的平衡转化率可能降低。( )
4.C(s)+CO2(g) ⥫⥬2CO(g) ΔH>0,其他条件不变时,升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。( )
√
×
√
√
在一定条件下的密闭容器中发生反应:N2O4(g)⥫⥬2NO2(g) ΔH>0,达到平衡时:
(1)降低温度,该反应的平衡常数 (填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(2)升高温度,NO2的体积分数 ,混合气体的平均摩尔质量 。
减小
增大
减小
温度的影响
反应
类型 温度
变化 K值
变化 Q与K
关系 平衡移
动方向
放热反应 升温 减小 Q>K 逆向移动
降温 增大 Q<K 正向移动
吸热反应 升温 增大 Q<K 正向移动
降温 减小 Q>K 逆向移动
特别提醒 温度对化学平衡的影响是通过改变平衡常数K实现的。
1.在固定体积的密闭容器中发生如下反应:H2(g)+Br2(g)⥫⥬2HBr(g) ΔH<0,达到化学平衡状态且其他条件不变时,下列说法不正确的是( )
A.如果升高温度,平衡混合物的颜色加深
B.如果降低温度,平衡正向移动
C.如果降低温度,K减小
D.不论是升高温度还是降低温度,混合气体的密度均不变
C
2.在体积一定的密闭容器中,反应Fe(s)+CO2(g)⥫⥬FeO(s)+CO(g)达到平衡。该反应的平衡常数K与温度的关系如表所示:
(1)该反应的化学平衡常数表达式是 。
温度/℃ 500 700 900
K 1.00 1.47 2.40
K=
(2)该反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(3)若升高温度,CO2转化率的变化是 (填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(4)若降低温度,混合气体的密度 。
由表格中数据可知,温度升高,K增大,推知温度升高,平衡向正反应方向移动,故此反应的正反应为吸热反应。
吸热
增大
增大
课时作业 巩固提升
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1
[A组 基础落实]
题组一 化学平衡状态
1.某反应进行过程中,各物质的物质的量的变化情况如图所示。下列说法正确的是( )
A.C、D是生成物
B.反应的化学方程式:2A+B 2C
C.2 min后各物质的物质的量不再变化
D.该反应不是可逆反应
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C
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由题图知D的物质的量保持不变,故作催化剂,A项错误;由2 min末知A、
B、C共存,且Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)=2∶1∶2,故该反应为可逆反应,反应的化学方程式为2A+B 2C,B、D项错误;由题图可知,2 min后各物质的物质的量不再变化,C项正确。
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2.对于密闭容器中的反应:N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g),在673 K、30 Mpa
下,n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是( )
A.点d处和点e处的n(N2)不相同
B.点c处反应达到化学平衡状态
C.点a的正反应速率比点b的大
D.点e反应达到化学平衡状态,反应停止
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C
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点d和点e所在直线平行,说明各物质的物质的量已经不再发生变化,化学反应达到平衡状态,两点对应的n(N2)相同,故A项错误;化学反应达到平衡时各物质的物质的量将不再发生变化,而点c之后氨气和氢气的物质的量仍在变化,则点c处反应未达到化学平衡状态,故B项错误;曲线斜率越大,化学反应越快,点a比点b处斜率大,则点a的正反应速率比点b的大,故C项正确;化学平衡是一种动态的平衡,正、逆反应速率相等,而非停止,故D项错误。
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3.在恒容密闭器和一定条件下有反应N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g),现分别从两条途径建立平衡:
Ⅰ.起始浓度:N2:1 mol·L-1,H2:3 mol·L-1;
Ⅱ.起始浓度:N2:2 mol·L-1,H2:6 mol·L-1。
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则下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ两途径达到平衡时,体系内各成分的体积分数相等
B.达到平衡时,途径Ⅰ的反应速率v(H2)等于途径Ⅱ的反应速率v(H2)
C.达到平衡时,途径Ⅱ体系内混合气体的压强与途径Ⅰ内混合气体的压强相等
D.达到平衡时,途径Ⅰ体系内混合气体的密度为途径Ⅱ体系内混合气体的密度的
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D
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4.一定温度下在一容积不变的密闭容器中,发生可逆反应2X(g)⥫⥬Y(g)+Z(s),下列叙述不能说明该反应达到化学平衡状态的是
( )
A.混合气体的密度不再变化
B.反应容器中Y的质量分数不变
C.v正(X)=2v正(Y)
D.单位时间内生成1 mol Y的同时生成2 mol X
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C
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反应前后气体质量减小,容器体积不变,所以反应前后气体密度减小,当密度不变时该反应达到平衡状态,故A项不符合题意;反应容器中Y的质量分数不变,正逆反应速率相等,则该反应达到平衡状态,故B项不符合题意;无论反应是否达到平衡状态,都存在v正(X)=2v正(Y),所以不能由此判断反应是否达到平衡状态,故C项符合题意;单位时间内生成1 mol Y的同时生成
2 mol X,同时消耗1 mol Y,即正逆反应速率相等,则该反应达到平衡状态,故D不符合题意。
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5.已知:N2O4(g)⥫⥬2NO2(g) ΔH>0,现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是( )
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B
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对于一个特定反应,ΔH固定不变,不能作为判断反应是否达到平衡的依据,故选B。
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题组二 温度的影响
6.已知反应:2NO2(g)⥫⥬N2O4(g),把NO2、N2O4的混合气体盛装在两个连通的烧瓶里,然后用弹簧夹夹住橡皮管,把烧瓶A放入热水里,把烧瓶B放入冰水里,如图所示。与常温时烧瓶内气体的颜色进行对比发现,A烧瓶内气体颜色变深,B烧瓶内气体颜色变浅。下列说法错误的是( )
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A.上述过程中,A烧瓶内正、逆反应速率均加快
B.上述过程中,B烧瓶内c(NO2)减小,c(N2O4)增大
C.上述过程中,A、B烧瓶内气体密度均保持不变
D.反应2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)的逆反应为放热反应
答案:D
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7.如图所示的直形石英玻璃封管中充有CO气体。左端放置不纯的镍(Ni)粉。在一定条件下,Ni可以与CO(g)发生如下反应:Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g) ΔH<0,但Ni粉中的杂质不与CO(g)发生反应,玻璃管内左右两端的温度分别稳定在350 K和470 K,经过足够长时间后,右端的主要物质是( )
A.纯Ni(s)和Ni(CO)4(g)
B.纯Ni(s)和CO(g)
C.不纯Ni(s)和CO(g)
D.不纯Ni(s)和Ni(CO)4(g)
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B
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由题给信息可知,该反应放热,则温度升高,平衡左移,生成Ni和CO,由于右端温度稳定在470 K,所以右端主要物质是纯Ni(s)和CO(g),故B正确。
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8.(双选)已知反应:A2(g)+2B2(g)⥫⥬2AB2(g) ΔH<0,下列说法正确的是
( )
A.达到平衡后,升高温度有利于该反应平衡正向移动
B.达到化学平衡时,v正(A2)=v逆(B2)
C.升高温度,正向反应速率增大,逆向反应速率减小
D.达到平衡后,降低温度,A2气体的转化率增大
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BD
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升高温度,平衡向吸热反应方向移动,该反应的正反应放热,则平衡逆向移动,故A项错误;达到化学平衡时,v正(A2)=v逆(B2),故B项正确;升高温度,
正、逆反应速率都增大,故C项错误;降低温度,平衡向放热反应方向移动,即向正反应方向移动,则A2气体的转化率增大,故D项正确。
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9.一定条件下,在恒容密闭容器中发生反应:
CO(g)+NO2(g)⥫⥬CO2(g)+NO(g),达到化学平衡后,降低温度,混合物的颜色变浅,下列有关该反应的说法正确的是( )
A.正反应为吸热反应
B.正反应为放热反应
C.降温后CO的浓度增大
D.降温后各物质的浓度不变
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B
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降低温度,混合物的颜色变浅,说明NO2的浓度减小,平衡正向移动,正反应为放热反应,CO的浓度减小。
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10. (双选)对于在一定体积的密闭容器中进行的放热反应:
A(g)+B(g)⥫⥬C(g)+D(g),初始时加入的A和B的物质的量是相等的,在温度为t1时反应达到平衡,c1(A)=c1(B)=1.0 mol·L-1,其平衡常数为K1。升高反应体系的温度至t2时,反应物的平衡浓度分别为c2(A)和c2(B),平衡常数为
K2。则下列说法正确的是( )
A.K1=K2 B.K2<K1
C.c2(A)<c2(B) D.c2(A)>c1(A)
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BD
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由于初始时加入A和B的物质的量是相等的,又由于A和B的化学计量数之比始终是1∶1,所以在任何时刻A和B的浓度都相等;由于升高温度,平衡逆向移动,则达到新平衡时,A、B的浓度增大,C、D的浓度减小。因此由平衡常数表达式可得平衡常数减小,故K2<K1,c2(A)>c1(A),B、D项正确。
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[B组 培优训练]
11.为证明化学反应有一定的限度,进行如下探究活动:
Ⅰ.取5 mL 0.1 mol·L-1的KI溶液,滴加5至6滴FeCl3稀溶液;
Ⅱ.继续加入2 mL CCl4振荡;
Ⅲ.取萃取后的上层清液,滴加KSCN溶液。
(1)探究活动Ⅰ的实验现象为 。
探究活动Ⅱ的实验现象为 。
液体呈棕黄色
溶液分层,下层四氯化碳呈紫色
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(2)探究活动Ⅲ的意图是通过生成血红色的Fe(SCN)3溶液,验证有Fe3+残
留,从而证明化学反应有一定的限度,但在实验中却未见溶液呈血红色。对此同学们提出了下列两种猜想:
猜想一:Fe3+全部转化为Fe2+;
猜想二:生成的Fe(SCN)3浓度极小,其颜色肉眼无法观察。
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为了验证猜想,查阅资料获得下列信息:
信息一:乙醚微溶于水,Fe(SCN)3在乙醚中的溶解度比在水中大;
信息二:Fe3+可与[Fe(CN)6]4-反应生成Fe4[Fe(CN)6]3蓝色沉淀,用K4[Fe(CN)6]溶液检验Fe3+比用KSCN更便于观察。
结合新信息,现设计以下实验方案验证猜想:
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①完成表格:
②写出实验操作“步骤一”中反应的离子方程式:
。
实验操作 现象和结论
步骤一:取萃取后的上层清液滴加
若 ,则猜想一不成立
步骤二:向探究活动Ⅲ所得溶液中加入少量乙醚,充分振荡、静置分层 若 ,则猜想二成立
2滴K4[Fe(CN)6]
产生蓝色沉淀
乙醚层呈血红色
4Fe3++3[Fe(CN)6]4-===Fe4[Fe(CN)6]3↓
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12.氮元素的单质及其化合物在农业生产、生活、国防和科技方面都有着重要作用,但一些氮的化合物又会对环境造成污染。因此,如何利用氮及氮的化合物是科研人员的重要研究课题。已知:N2O4(无色)⥫⥬2NO2(红棕色)。请回答下列有关问题:
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(1)将两个烧瓶分别浸泡在热水和冰水中,如图1所示。一段时间后发现,左侧烧瓶中气体颜色加深,右侧烧瓶中气体颜色变浅,由图中现象说明该反应为 (填“放热”或“吸热”)反应。
吸热
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(2)将一定量的NO2和N2O4充入注射器后封口,用注射器活塞改变气体体积的过程中,测得气体透光率随时间的变化如图2所示(气体颜色越深,透光率越小)。图中b点的操作为 ;c点时,v正 (填“>”“<”或“=”)v逆,理由: 。
压缩注射器
<
透光率增大,气体颜色变浅,说明平衡逆向移动
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(3)在容积为2 L的容器中,通入一定量的N2O4,100 ℃时,体系中各物质的浓度随时间变化的数据如表:
时间/s 0 20 40 60 80
c(N2O4)/
(mol·L-1) 0.10 0.07 0.045 0.04 0.04
c(NO2)/
(mol·L-1) 0 0.06 0.11 0.12 0.12
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①在0~20 s时段,反应速率v(NO2)= 。
②在该温度下,N2O4(g)⥫⥬2NO2(g)的平衡常数K= 。
③改变条件使反应重新达到平衡时,要使的值变小,可采取的措施有 (填字母)。
A.升高温度
B.增大N2O4的起始浓度
C.使用合适的催化剂
D.缩小体积
0.003 mol·L-1·s-1
0.36 mol·L-1
BD
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