Question

6．NO₂和N₂O₄之間發(fā)生反應：N₂O₄（g）?2NO₂（g），一定溫度下，體積為2L的密閉容器中，各物質的物質的量隨時間變化的關系如圖1所示，請回答下列問題：

（1）曲線Y（填“X”或“Y”）表示NO₂的物質的量隨時間的變化曲線．
（2）在0到1min中內用X表示該反應的速率是0.1mol/（L•min），該反應達最大限度時，Y的轉化率60%，反應開始時與反應達平衡狀態(tài)時的壓強之比為14：11
（3）圖2為1mol N₂O₄（g）完全轉化為2mol NO₂（g）時的能量變化圖．在一密閉絕熱容器中起始充入2mol NO₂（g），一段時間后反應達平衡狀態(tài)，容器內溫度將升高（升高、降低或不變）；此時混合氣體的平均相對分子質量為73.6，則反應中能量的變化值為：-0.75Q．（用含有Q的表達式表示）．
（4）甲醇質子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉化為氫氣的兩種反應原理是：
①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.9kJ•mol^-1
又知③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
則甲醇蒸氣完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式為CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.7kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據圖知，1min時△n（X）=（0.7-0.4）mol=0.3mol、△n（Y）=（1.0-0.4）mol=0.6mol，X、Y的計量數之比=0.3mol：0.6mol=1：2；
（2）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（X）；該反應達限度時，消耗的Y為0.6mol，轉化率=$\frac{物質的量變化量}{起始物質的量}$×100%；反應開始時與反應達平衡狀態(tài)時的壓強之比等于物質的量之比；
（3）由圖2可知1mol N₂O₄（g）完全轉化為2mol NO₂（g）時的能量變化圖，是吸熱反應，所以在一密閉絕熱容器中起始充入2mol NO₂（g），轉化為四氧化二氮是放熱反應，一段時間后反應達平衡狀態(tài)，容器內溫度將升高；
            N₂O₄（g）?2NO₂（g）
初起：0mol            2mol
變化：xmol             2xmol
平衡：xmol             （2-2x）mol
而此時混合氣體的平均相對分子質量為73.6，即$\frac{2×46}{2-2x+x}$=73.6，解之得x=0.75mol，1mol N₂O₄（g）完全轉化為2mol NO₂（g）吸收熱量為Q，則2mol NO₂（g）完全轉化為1mol N₂O₄（g）放出熱量為Q，而轉化為2×0.75mol=1.5mol放出熱量為：$\frac{1.5}{2}×Q$=0.75Q；
（4）①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ/mol；
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=-192.9kJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol；
則：（②×3-①×2+③×2）得到CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）依據蓋斯定律計算反應熱．

解答 解：（1）根據圖知，1min時△n（X）=（0.7-0.4）mol=0.3mol、△n（Y）=（1.0-0.4）mol=0.6mol，X、Y的計量數之比=0.3mol：0.6mol=1：2，所以曲線Y表示NO₂的物質的量隨時間變化關系曲線，
故答案為：Y；
（2）在0到1min中內用X表示該反應的速率=$\frac{\frac{0.6mol-0.4mol}{2L}}{1min}$=0.1mol/（L•min）；該反應達限度時，Y的轉化率=$\frac{0.6mol}{1.0mol}$=60%；反應開始時與反應達平衡狀態(tài)時的壓強之比為1.4mol：1.1mol=14：11，故答案為：0.1mol/（L•min）；60%；14：11；
（3）由圖2可知1mol N₂O₄（g）完全轉化為2mol NO₂（g）時的能量變化圖，是吸熱反應，所以在一密閉絕熱容器中起始充入2mol NO₂（g），轉化為四氧化二氮是放熱反應，一段時間后反應達平衡狀態(tài)，容器內溫度將升高；
            N₂O₄（g）?2NO₂（g）
初起：0mol            2mol
變化：xmol             2xmol
平衡：xmol             （2-2x）mol
而此時混合氣體的平均相對分子質量為73.6，即$\frac{2×46}{2-2x+x}$=73.6，解之得x=0.75mol，1mol N₂O₄（g）完全轉化為2mol NO₂（g）吸收熱量為Q，則2mol NO₂（g）完全轉化為1mol N₂O₄（g）放出熱量為Q，而轉化為2×0.75mol=1.5mol放出熱量為：$\frac{1.5}{2}×Q$=0.75Q，故答案為：升高；-0.75Q；
（4）①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ/mol；
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=-192.9kJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol；
則：（②×3-①×2+③×2）得到CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）依據蓋斯定律得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.7kJ/mol；故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.7kJ/mol．

點評 本題考查化學平衡有關計算和熱化學方程式的書寫，側重考查學生分析計算能力，學生明確蓋斯定律計算反應熱方法及熱化學方程式書寫注意問題是解題關鍵，題目難度不大．