Question

13．將一定量NO₂和N₂O₄的混合氣體通入體積為1L的恒溫密閉容器中，各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖1所示．

請回答：
（1）下列選項(xiàng)中不能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是B（填選項(xiàng)字母）．
A．容器內(nèi)混合氣體的壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化而改變
B．容器內(nèi)混合氣體的密度不隨時(shí)間變化而改變
C．容器內(nèi)混合氣體的顏色不隨時(shí)間變化而改變
D．容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化而改變
（2）反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)，共吸收熱量11.38kJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+56.9kJ/mol；
（3）計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.9．
（4）①反應(yīng)進(jìn)行到20min時(shí)，再向容器內(nèi)充入一定量NO₂，10min后達(dá)到新的平衡，此時(shí)測得c（NO₂）=0.9mol/L．第一次平衡時(shí)混合氣體中NO₂的體積分?jǐn)?shù)為w₁，達(dá)到新平衡后混合氣體中NO₂的體積分?jǐn)?shù)為w₂，則w₁＞w₂（填“＞”、“=”或“＜”）；
②請?jiān)趫D2中畫出20～30min各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化的曲線（曲線上必須標(biāo)出“X”和“Y”）．

Answer 1

分析 由圖1可知，X、Y的濃度變化量之比為2：1，則X為NO₂、Y為N₂O₄，發(fā)生反應(yīng)：N₂O₄（g）?2NO₂（g）．
（1）A．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量增大，恒溫恒容下，容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，壓強(qiáng)不變說明到達(dá)平衡；
B．混合氣體總質(zhì)量不變，容器的容積不變，密度始終不變；
C．容器內(nèi)混合氣體的顏色不隨時(shí)間變化而改變，說明二氧化氮的濃度不變；
D．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量增大，平均相對分子質(zhì)量減小，平均相對分子質(zhì)量不變說明到達(dá)平衡；
（2）反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)，參加反應(yīng)的四氧化二氮為1L×（0.6-0.4）mol/L=0.2mol，共吸收熱量11.38kJ，故反應(yīng)1molN₂O₄共吸收熱量11.38kJ×5=56.9kJ，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（3）平衡時(shí)c（NO₂）=0.6mol/L、c（N₂O₄）=0.4mol/L，代入K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$計(jì)算；
（4）①恒溫恒容下，再充入一定量NO₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)；
②20min時(shí)瞬間c（NO₂）增大，c（N₂O₄）不變，而后平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，c（NO₂）減小，c（N₂O₄）增大，10min后達(dá)到新的平衡，此時(shí)測得c（NO₂）=0.9mol/L，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算平衡時(shí)c（N₂O₄），據(jù)此作圖．

解答 解：由圖1可知，X、Y的濃度變化量之比為2：1，則X為NO₂、Y為N₂O₄，發(fā)生反應(yīng)：N₂O₄（g）?2NO₂（g）．
（1）A．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量增大，恒溫恒容下，容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，壓強(qiáng)不變說明到達(dá)平衡，故A正確；
B．混合氣體總質(zhì)量不變，容器的容積不變，密度為常數(shù)，密度不變不能說明到達(dá)平衡，故B錯(cuò)誤；
C．NO₂為紅棕色氣體，N₂O₄為無色氣體，容器內(nèi)混合氣體的顏色不隨時(shí)間變化而改變，說明二氧化氮的濃度不變，反應(yīng)到達(dá)平衡，故C正確；
D．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量增大，平均相對分子質(zhì)量減小，平均相對分子質(zhì)量不變說明到達(dá)平衡，故D正確，
故選：B；
（2）反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)，參加反應(yīng)的四氧化二氮為1L×（0.6-0.4）mol/L=0.2mol，共吸收熱量11.38kJ，故反應(yīng)1molN₂O₄共吸收熱量11.38kJ×5=56.9kJ，故該反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：N₂O₄（g）?2NO₂（g），△H=+56.9kJ/mol，
故答案為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+56.9kJ/mol；
（3）平衡時(shí)c（NO₂）=0.6mol/L、c（N₂O₄）=0.4mol/L，則平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0．{6}^{2}}{0.4}$=0.9，故答案為：0.9；
（4）①恒溫恒容下，再充入一定量NO₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，新平衡后混合氣體中NO₂的體積分?jǐn)?shù)減小，故W₁＞W(wǎng)₂，故答案為：＞；
②20min時(shí)瞬間c（NO₂）增大，c（N₂O₄）不變，而后平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，c（NO₂）減小，c（N₂O₄）增大，10min后達(dá)到新的平衡，此時(shí)測得c（NO₂）=0.9mol/L，由于K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=0.9，則平衡時(shí)c（N₂O₄）=$\frac{0．{9}^{2}}{0.9}$mol/L=0.9mol/L，而X為NO₂、Y為N₂O₄，20min后各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化的曲線為：，故答案為：．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)等，（4）中作圖為易錯(cuò)點(diǎn)，注意再次平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度、條件改變瞬間各物質(zhì)的濃度，難度中等．