Question

氮可形成多種氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．已知NO₂和N₂O₄的結構式分別是和．實驗測得N-N鍵鍵能為167kJ?mol^-1，NO₂中氮氧鍵的平均鍵能為466kJ?mol^-1，N₂O₄中氮氧鍵的平均鍵能為438.5kJ?mol^-1．
（1）寫出N₂O₄轉化為NO₂的熱化學方程式：

 

（2）對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖所示．下列說法正確的是

 

A．A、C兩點的反應速率：A＞C
B．B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C
C．A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺
D．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
（3）在100℃時，將0.40mol的NO₂氣體充入2L抽空的密閉容器中，每隔一定時間就對該容器內的物質進行分析，得到如下表數(shù)據(jù)：

時間（s）	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.050	n2	0.080	0.080

①在上述條件下，從反應開始直至20s時，二氧化氮的平均反應速率為

 

②n₃

 

n₄（填“＞”、“＜”或“=”），該反應的平衡常數(shù)K的值為

 

，升高溫度后，反應2NO₂?N₂O₄的平衡常數(shù)K將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③若在相同情況下最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，要達到上述同樣的平衡狀態(tài)，N₂O₄的起始濃度是

 

mol?L^-1．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能計算反應熱，根據(jù)熱化學方程式的書寫要求來書寫；
（2）N₂O₄（g）═2NO₂（g）△H=+57kJ?mol^-1，該反應為吸熱反應，升高溫度，化學平衡正向移動，NO₂的體積分數(shù)增大；增大壓強，化學平衡逆向移動，NO₂的體積分數(shù)減小，結合圖象來分析解答．
A、A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快；
B、由圖可知B、C兩點NO₂的體積分數(shù)相等；
C、壓強增大，平衡體系向著氣體體積減小的方向進行；
D、溫度升高，平衡體系向著吸熱的方向進行．
（3））①根據(jù)公式反應速率v=

△c

t

來計算；
②化學平衡狀態(tài)時，各組分的濃度不再隨時間的改變而改變；反應2NO₂?N₂O₄的平衡常數(shù)K=

C(N2O4)

C2(NO2)

，溫度升高，平衡體系向著吸熱的方向進行，判斷K的變化情況；
③根據(jù)各組分的濃度變化量之比等于系數(shù)值比來計算；
④根據(jù)公式平均分子量=

所有氣體總質量

所有氣體總物質的量

，結合平衡時各組分的量來計算．

解答： 解：（1）反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，則反應熱△H為：△H=（167KJ/mol+4×438.5KJ/mol）-（2×2×466KJ/mol）=+57KJ/mol，
反應的熱化學方程式為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ?mol^-1；故答案為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ?mol^-1；
（2）A．由圖象可知，A、C兩點都在等溫線上，C的壓強大，則A、C兩點的反應速率：A＜C，故A錯誤；
B．由圖可知B、C兩點NO₂的體積分數(shù)、N₂O₄的體積分數(shù)相同，故B、C兩點的氣體的平均相對分子質量相同，故B錯誤；
C、由圖象可知，A、C兩點都在等溫線上，C的壓強大，與A相比C點平衡向逆反應進行，向逆反應進行是由于減小體積，增大壓強，平衡移動的結果降低NO₂濃度增大趨勢，但到達平衡仍比原平衡濃度大，平衡時NO₂濃度比A的濃度高，NO₂為紅棕色氣體，則A、C兩點氣體的顏色：A淺，C深，故C錯誤；
D．升高溫度，化學平衡正向移動，NO₂的體積分數(shù)增大，由圖象可知，A點NO₂的體積分數(shù)大，則T₁＜T₂，由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故D正確；
故選D．
（3）①從反應開始直至20s時，四氧化二氮的平均反應速率v=

△c

t

=

0.05mol

2L 20s

=0.00125mol/（L?s），二氧化氮的平均反應速率為四氧化二氮的平均反應速率的2倍，即為0.0025mol?（L?s）^-1，故答案為：0.0025；
②在60s時，反應已達平衡狀態(tài)，所以n₃=n₄，當四氧化二氮的濃度為

0.08mol

2L

=0.04mol/L時，二氧化氮的濃度是：

0.4mol

2L

=0.12mol/L，
反應的平衡常數(shù)K=

C(N2O4)

C2(NO2)

=

0.04

0.122

≈2.8，反應2NO₂?N₂O₄是放熱反應，升高溫度，平衡左移，所以K減小，故答案為：=；2.8；減��；
③若在相同情況下最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，要達到上述同樣的平衡狀態(tài)，N₂O₄的起始濃度是c，則     
                       N₂O₄ ?2NO₂
起始濃度（mol?L^-1）      c             0
轉化濃度（mol?L^-1）    c-0.04        0.12
平衡濃度（mol?L^-1）　   0.04         0.12
所以

c-0.04

0.12

=

1

2

解得c=0.10，故答案為：0.10

點評：本題是一道化學平衡的綜合題，既考查了熱化學方程式的書寫，又考查了化學平衡的有關問題，考查角度廣，難度大．