内容正文:
专题2 化学反应速率与化学平衡
第三单元 化学平衡的移动
第2课时 温度变化
对化学平衡的影响 勒夏特列原理
预习作业
01
课时作业
02
目录
CONTENTS
预习作业
(建议用时:15分钟)
1.温度变化对化学平衡的影响
2.化学平衡移动原理(勒夏特列原理)
改变影响化学平衡的一个因素(如浓度、温度、压强),平衡将向着______________________的方向移动。
吸热
放热
能够减弱这种改变
预习作业
4
3.平衡移动原理的应用——工业合成氨条件的选择
(1)反应速率
(2)反应转化率
增大
升高
催化剂
增大
液氨
预习作业
5
答案
解析
解析 降低温度,平衡向放热反应方向移动,混合物的颜色变浅,说明平衡向正反应方向移动,则正反应为放热反应,B正确。
预习作业
6
答案
解析
解析 A、C项,反应均为气体体积减小的放热反应,增大压强或降低温度,平衡向正反应方向移动;B项,该反应为气体体积增大的吸热反应,增大压强或降低温度,平衡向逆反应方向移动;D项,该反应为气体体积不变的吸热反应,增大压强,平衡不移动,降低温度,平衡向逆反应方向移动。
预习作业
7
3.下列变化不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.H2、I2、HI混合气体达到平衡状态,加压后颜色变深
B.红棕色的NO2加压后颜色先变深后变浅
C.合成氨时将氨液化分离,可提高原料的利用率
D.打开汽水瓶,看到有大量的气泡逸出
答案
预习作业
8
解析
预习作业
9
解析 合成氨反应的特点是可逆、放热、气体体积减小,从反应速率方面考虑,应选择高温、高压、催化剂;从平衡移动方面考虑,应选择低温、高压,故两方面结合考虑应选择的条件是适当温度、高压、催化剂。
4.从化学反应速率和化学平衡两方面考虑,合成氨应采用的条件是( )
A.低温、高压、催化剂
B.低温、低压、催化剂
C.高温、高压、催化剂
D.适当温度、高压、催化剂
答案
解析
预习作业
10
答案
解析
解析 根据题干信息可知,无论加压还是降温,平衡均向正反应方向移动。加压平衡向正反应方向移动,说明正反应是气体体积减小的反应,这样只能A为气体,C为非气体;降温平衡向正反应方向移动,说明正反应是放热反应。
预习作业
11
课时作业
(建议用时:40分钟)
答案
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课时作业
13
答案
解析
解析 A项,通入稀有气体,方程式中各种气体物质的浓度是不变的,所以平衡不移动,错误;B项,W是固体,增加W的量不影响平衡的移动和反应速率,错误;C项,正反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,但正、逆反应速率都是增大的,错误;D项,降低温度,平衡向放热反应方向移动,即向逆反应方向移动,正确。
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课时作业
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解析
解析 由表可知,升高温度,平衡常数增大,则正反应为吸热反应,A错误;反应前后气体体积不变,压强始终不变,B错误;温度越高,反应速率越快,C正确;化学平衡常数越大,反应物的转化率越高,D错误。
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课时作业
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解析 由图像可以看出,降低温度,平衡向正反应方向移动,则正反应为放热反应,逆反应为吸热反应,A正确,C错误;题图中增大压强,平衡向正反应方向移动,则说明气体反应物的化学计量数之和大于气体生成物的化学计量数之和,若A、B是气体,D是液体或固体,增大压强平衡向正反应方向移动,若D为气体,不符合正反应是气体体积减小的反应这一条件,B错误;若A、B、C、D均为气体,增大压强,平衡向逆反应方向移动,与题图不符,D错误。
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[名师点拨] 对勒夏特列原理中“减弱这种改变”的正确理解
(1)定性角度:用于判断平衡移动的方向。
(2)定量角度:“减弱”不等于“消除”,更不是“扭转”。
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课时作业
22
答案
解析
解析 该反应为放热反应,催化剂活性温度降低,则反应温度降低,平衡正向移动,可提高反应物的平衡转化率,A正确;催化剂能降低活化能,但不能改变反应焓变,B错误;使用该新型催化剂可降低反应温度,减少合成氨的能耗,C、D正确。
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课时作业
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[易错警示]
讨论平衡移动方向与正、逆反应速率变化的关系要注意以下两点:
(1)正、逆反应速率的相对大小发生变化是引起平衡移动的根本原因,当正、逆反应速率同等程度改变时,平衡不移动。
(2)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来,只有v正>v逆时,平衡才向正反应方向移动,同理,v逆>v正时平衡逆向移动。
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课时作业
29
解析
解析 由图像可知,随温度升高氮气含量减少,
主反应平衡逆向移动,ΔH1<0,一氧化二氮含量增多,
说明副反应平衡正向移动,ΔH2>0,故A正确;选择合
适的催化剂、升高温度,活化分子数均增大,反应速率
均加快,故B正确;主反应是一个气体体积增大的放热
反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,不利于生成
无公害气体,故C错误;反应过程中,不断分离出N2(g),使主反应平衡向正反应方向移动,反应物的转化率增大,故D正确。
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答案
放热
ad
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<
吸热
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解析
解析 (1)①由表中数据可知,随温度升高,反应的平衡常数减小,说明升高温度平衡逆向移动,故正反应为放热反应。
②该反应正反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,H2的转化率增大,故a正确;使用催化剂,平衡不移动,H2的转化率不变,故b错误;正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,H2的转化率减小,故c错误;及时分离出产物NH3,平衡正向移动,H2的转化率增大,故d正确。
(2)①正反应为气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,甲烷含量增大,所以p2>p1。
②由题图可知,随温度升高甲烷的平衡含量减小,说明升高温度平衡正向移动,故正反应为吸热反应。
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课时作业
44
R
1.在一定条件下,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。下列关于该反应的说法正确的是( )
A.该反应为吸热反应
B.该反应为放热反应
C.降温后一氧化碳的浓度增大
D.降温后各物质的浓度不变
2.下列各反应达到化学平衡,加压或降温都能使化学平衡向逆反应方向移动的是( )
A.2NO2(g)N2O4(g)(正反应为放热反应)
B.C(s)+CO2(g)2CO(g)(正反应为吸热反应)
C.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)
D.H2S(g)H2(g)+S(s)(正反应为吸热反应)
解析 A项,H2、I2、HI混合气体达到的化学平衡是H2(g)+I2(g)2HI(g),反应前后气体体积不变,加压后,平衡不移动,颜色变深是因为体系体积减小,物质的浓度增大,不能用勒夏特列原理解释;B项,加压使二氧化氮的浓度增大,平衡向生成四氧化二氮的方向移动,故加压后颜色先变深后变浅,可以用勒夏特列原理解释;C项,合成氨时将氨液化分离,减小生成物浓度,使平衡正向移动,可提高原料的利用率,可以用勒夏特列原理解释;D项,因溶液中存在二氧化碳的溶解平衡,打开汽水瓶后,压强减小,二氧化碳逸出,可以用勒夏特列原理解释。
5.可逆反应A+B(s)C达到平衡后,无论加压还是降温,B的转化率都增大,则下列结论正确的是( )
A.A为固体,C为气体,正反应为放热反应
B.A为气体,C为固体,正反应为放热反应
C.A为气体,C为固体,正反应为吸热反应
D.A、C均为气体,正反应为吸热反应
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1.设C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH>0的反应速率为v1,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的反应速率为v2,对于这两个反应,当温度升高时,v1和v2的变化情况为( )
A.同时增大
B.同时减小
C.v1增大,v2减小
D.v1减小,v2增大
2.某温度下,在容积固定不变的密闭容器中进行可逆反应:X(g)+Y(g)Z(g)+W(s) ΔH>0,一段时间后,达到化学平衡状态。下列叙述正确的是( )
A.通入稀有气体,平衡向正反应方向移动
B.加入少量W,逆反应速率增大
C.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
D.降低温度,平衡向逆反应方向移动
3.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),K为化学平衡常数,其中K和温度的关系如下表:
T/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
根据以上信息推断下列说法正确的是( )
A.此反应为放热反应
B.此反应只有达到平衡时,密闭容器中的压强才不会变化
C.此反应达到1000 ℃时的反应速率比700 ℃时大
D.该反应的化学平衡常数越大,反应物的转化率越低
4.如图是可逆反应A+2B2C+3D的化学反应速率与化学平衡随外界条件改变而变化的情况。由此可推断下列正确的是( )
A.正反应是放热反应
B.D可能是气体
C.逆反应是放热反应
D.A、B、C、D均为气体
5.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放入热水中,把烧瓶B放入冰水中,如图所示。与常温时烧瓶C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(A、B、C中初始充入NO2、N2O4的量相等)( )
A.上述过程中,A烧瓶内正、逆反应速率均增大
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
解析 升高温度,正、逆反应速率都增大,A正确;B烧瓶内气体颜色变浅,说明平衡向生成N2O4的方向移动,B烧瓶内c(NO2)减小,c(N2O4)增大,B正确;容器的容积不变,混合气体的质量不变,则A、B烧瓶内气体的密度都不变,C正确;放在热水中的A烧瓶内气体颜色变深,放在冰水中的B烧瓶内气体颜色变浅,说明升高温度平衡向生成NO2的方向移动,降低温度平衡向生成N2O4的方向移动,故2NO2(g)N2O4(g)的正反应为放热反应,则其逆反应为吸热反应,D错误。
6.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.使用铁触媒,加快合成氨的反应速率
B.溴水中存在Br2+H2OHBr+HBrO,当加入硝酸银溶液后,溶液颜色变浅
C.合成氨工业采用20~50 MPa高压
D.反应CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g) ΔH<0,达到平衡后,升高温度体系颜色变深
解析 催化剂对平衡移动没有影响,所以A不能用勒夏特列原理解释;加入硝酸银溶液后,生成AgBr沉淀,溴离子浓度减小,平衡向正反应方向移动,促进溴与水的反应,溶液颜色变浅,故B能用勒夏特列原理解释;合成氨反应为气体体积减小的反应,增大压强可使平衡向正反应方向移动,提高原料的利用率,故C能用勒夏特列原理解释;反应CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)的正反应为放热反应,达到平衡后,升高温度,平衡向逆反应方向移动,体系颜色变深,故D能用勒夏特列原理解释。
7.已知:N2(g)+3H2(g)eq \o(,\s\up17(铁触媒))2NH3(g) ΔH<0,选择500 ℃左右是因为催化剂(铁触媒)在此温度下活性最佳。我国研制出一种新型合成氨催化剂,其最佳活化温度为350 ℃左右。则使用该新型催化剂合成氨时,下列说法错误的是( )
A.可提高反应物的平衡转化率
B.可改变合成氨反应的焓变
C.可减少合成氨的能耗
D.可降低合成氨的反应温度
8.在容积固定的2 L密闭容器中发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=a kJ/mol,若充入2 mol CO(g)和4 mol H2(g),在不同温度、不同时段下H2的转化率如表(已知a1≠a2),下列说法中错误的是( )
15分钟
30分钟
45分钟
1小时
T1
45%
75%
85%
85%
T2
40%
60%
a1
a2
A.T1 ℃下,45分钟该反应达到平衡状态
B.根据数据判断:T1>T2
C.T2 ℃下,在前30分钟内用CO表示的化学反应速率为1.20 mol/(L·h)
D.该反应的ΔH<0
解析 T1 ℃下,45分钟后转化率不变,说明45分钟该反应达到平衡状态,故A正确;T1 ℃时,反应更快达到平衡状态,其他条件不变的情况下,这是受温度影响,从而可推断T1大于T2,故B正确;T2 ℃下,前30分钟内用H2表示的化学反应速率为eq \f(4 mol×60%,2 L×0.5 h)=2.4 mol/(L·h),前30分钟内用CO表示的化学反应速率为eq \f(1,2)×2.4 mol/(L·h)=1.2 mol/(L·h),故C正确;由于a1、a2的数值不确定,无法判断该反应是否为放热反应,故D错误。
9.一定条件下合成乙烯的反应为6H2(g)+2CO2(g)CH2===CH2(g)+4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法正确的是( )
A.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
B.若投料比n(H2)∶n(CO2)=4∶1,则图中M点乙烯的体积分数约为5.88%
C.250 ℃时,催化剂对CO2的平衡转化率的影响最大
D.当温度高于250 ℃时,升高温度,平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低
解析 A项,化学反应速率随温度的升高而加快,M点后催化剂的催化效率随温度的升高而降低,所以M点的正反应速率v正有可能小于N点的逆反应速率v逆,错误;B项,设起始投料n(H2)为4 mol,则n(CO2)为1 mol,M点平衡时二氧化碳的转化率为50%,列“三段式”得:
6H2(g)+2CO2(g)CH2===CH2(g)+4H2O(g)
起始量/mol 4 1 0 0
转化量/mol 1.5 0.5 0.25 1
平衡量/mol 2.5 0.5 0.25 1
所以M点乙烯的体积分数为eq \f(0.25,2.5+0.5+0.25+1)×100%≈5.88%,正确;C项,催化剂不影响平衡转化率,只影响化学反应速率,错误;D项,催化剂的催化效率与平衡移动没有关系,错误。
10.电厂烟气脱氮的主反应为4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH1,副反应为2NH3(g)+8NO(g)5N2O(g)+3H2O(g) ΔH2。平衡混合气中N2与N2O含量与温度的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.ΔH1<0,ΔH2>0
B.选择合适的催化剂、升高温度等措施可以加快脱氮反应速率
C.理论上较高温度和较低压强有利于生成无公害气体
D.反应过程中,采取不断分离出N2(g)的方法有利于主反应的进行,提高反应物的转化率
11.已知反应2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g),在密闭容器中1 mol NO2和足量C发生反应,相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1;维持温度不变,反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2。
下列说法错误的是( )
A.图1中的A、B、C三个点中只有C点是平衡点
B.图2中平衡常数K(F)=K(G)
C.图2中E点的v正小于F点的v逆
D.图2中NO2的浓度c(E)=c(G)
解析 由2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)可知,NO2的生成速率(逆反应速率)是N2的生成速率(正反应速率)的二倍时才能使正、逆反应速率相等,即达到平衡,A、B、C三点中只有C点满足,A正确;由题中信息可知,维持温度不变,即F、G两点温度相同,平衡常数K(F)=K(G),B正确;由图2知,E点反应未达到平衡,F点反应达到平衡,且压强E<F,则E点的v正小于F点的v逆,C正确;混合气体中气体浓度与压强有关,压强越大,体积越小,浓度越大,所以G点压强大,浓度大,即NO2浓度c(E)<c(G),D错误。
12.(2023·广东省惠州市三校高三模拟)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0。将SO2、O2的混合气分别通入体积为1 L的恒容密闭容器中,不同温度下进行反应的数据见下表:
实验编号
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
SO2
O2
SO2
O2
1
T1
4
2
x
0.8
6
2
T2
4
2
0.4
0.2
t
下列说法不正确的是( )
A.x=1.6
B.实验1前6 min v(SO2)=0.4 mol·L-1·min-1
C.T1、T2的关系:T2>T1
D.t>6
解析 实验1从开始到反应达到化学平衡,存在三段式为
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
初始量(mol) 4 2 0
变化量(mol) 2.4 1.2 2.4
平衡量(mol) 1.6 0.8 2.4
可知x=1.6,A正确;实验1前6 min v(SO2)=eq \f(Δn,V×Δt)=eq \f(2.4 mol,1 L×6 min)=0.4 mol·L-1·min-1,B正确;根据题中数据可知,实验1和实验2起始量相同,x=1.6,实验2达到平衡二氧化硫的变化量多于实验1,所以实验2相当于实验1反应正向移动,该反应为放热反应,所以是降低温度的结果,即T2<T1,C错误;T2<T1,温度越低,反应速率越慢,则t>6,D正确。
二、非选择题
13.合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径,其重要原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应的平衡常数K值和温度的关系如下:
温度/℃
360
440
520
K
0.036
0.010
0.0038
(1)①由表中数据可知正反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。
②理论上,为了增大平衡时H2的转化率,可采取的措施是________(填序号)。
a.增大压强
b.使用合适的催化剂
c.升高温度
d.及时分离出产物NH3
(2)原料气H2可通过反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)获取,已知该反应中,初始混合气中的eq \f(n(H2O),n(CH4))恒定时,温度、压强对平衡混合气中CH4含量的影响如图所示:
①图中压强的关系是p1______p2(填“>”“=”或“<”)。
②该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)原料气H2还可通过反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)获取。T ℃时,向容积固定为2 L的密闭容器中充入1 mol水蒸气和1 mol CO,反应达平衡后,测得CO2的浓度为0.3 mol·L-1,则平衡时CO的转化率为________。
(3)T ℃时,向容积固定为2 L的密闭容器中充入1 mol水蒸气和1 mol CO,反应达平衡后,测得CO2的浓度为0.3 mol·L-1,则:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0.5 0.5 0 0
变化浓度/(mol·L-1) 0.3 0.3 0.3 0.3
平衡浓度/(mol·L-1) 0.2 0.2 0.3 0.3
平衡时CO的转化率为eq \f(0.3 mol·L-1,0.5 mol·L-1)×100%=60%。
[易错提醒] 有关化学平衡计算的三点注意事项
(1)注意反应物和生成物的浓度关系。
反应物:c(平)=c(始)-c(变);
生成物:c(平)=c(始)+c(变)。
(2)利用eq \o(ρ,\s\up6(-))混=eq \f(m总,V)和eq \o(M,\s\up16(-))=eq \f(m总,n总)计算时要注意m总应为气体的总质量,V应为反应容器的体积,n总应为气体的总物质的量。
(3)起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数之比,但物质之间是按化学计量数反应和生成的,故各物质的浓度变化量之比一定等于化学计量数之比,这是计算的关键。
14.将0.4 mol N2O4气体充入2 L固定容积的密闭容器中发生如下反应:N2O4(g)2NO2(g)
ΔH。在T1和T2时,测得NO2的物质的量随时间的变化如图1所示:
(1)T1时,40~80 s内用N2O4表示该反应的平均反应速率为____________mol·L-1·s-1。
(2)ΔH______0(填“>”“<”或“=”)。
(3)改变条件重新达到平衡时,要使eq \f(c(NO2),c(N2O4))的值变小,可采取的措施有________(填序号)。
a.增大N2O4的起始浓度
b.升高温度
c.向混合气体中通入NO2
d.使用高效催化剂
(4)在温度为T3、T4时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图2所示。下列说法正确的是________(填序号)。
a.A、C两点的反应速率:A>C
b.A、B两点N2O4的转化率:A>B
c.由A点到B点,可以采用加热的方法
解析 (1)T1时,40~80 s内,v(N2O4)=eq \f(1,2)v(NO2)=eq \f(1,2)×eq \f(0.60 mol-0.40 mol,2 L×40 s)=0.00125 mol·L-1·s-1。
(2)由题图可知反应在T1条件下比在T2条件下先达到平衡状态,所以T1>T2,由于T1条件下达到平衡时n(NO2)比T2条件下达到平衡时多,则说明升高温度,平衡向生成NO2的方向移动,说明正反应为吸热反应,所以ΔH>0。
(3)反应物只有一种,增大N2O4的起始浓度,可等效为加压,加压平衡向左移动,eq \f(c(NO2),c(N2O4))的值减小,故a正确;升高温度,平衡向右移动,eq \f(c(NO2),c(N2O4))的值增大,故b错误;生成物只有一种,向混合气体中通入NO2,可等效为加压,加压平衡逆向移动,eq \f(c(NO2),c(N2O4))的值减小,故c正确;使用高效催化剂不会影响反应的平衡状态,eq \f(c(NO2),c(N2O4))的值不变,故d错误。
(4)a项,由图2可知,A、C两点平衡时温度相同,C点对应的压强大,反应速率快,错误;b项,反应N2O4(g)2NO2(g)的正反应为吸热反应,温度升高,平衡向正反应方向移动,NO2的体积分数增大,由图2可知,A、B两点平衡时压强相同,温度不同,A点NO2的体积分数大于B点NO2的体积分数,故T4>T3,N2O4的转化率:A>B,正确;c项,由b项分析知,A点温度T4高于B点温度T3,错误。
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