Question

14．氮可形成多種氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．已知NO₂和N₂O₄的結(jié)構(gòu)式分別是和．實(shí)驗(yàn)測(cè)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(xiě)出N₂O₄轉(zhuǎn)化為NO₂的熱化學(xué)方程式：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1
（2）對(duì)反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖所示．下列說(shuō)法正確的是D
A．A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A＞C
B．B、C兩點(diǎn)的氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量：B＜C
C．A、C兩點(diǎn)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(shí)，將0.40mol的NO₂氣體充入2L抽空的密閉容器中，每隔一定時(shí)間就對(duì)該容器內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行分析，得到如下表數(shù)據(jù)：

時(shí)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(yīng)開(kāi)始直至20s時(shí)，二氧化氮的平均反應(yīng)速率為0.0025mol•（L•s）^-1
②n₃=n₄（填“＞”、“＜”或“=”），該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的值為2.8，升高溫度后，反應(yīng)2NO₂?N₂O₄的平衡常數(shù)K將減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“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(dá)到上述同樣的平衡狀態(tài)，N₂O₄的起始濃度是0.10mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與放熱反應(yīng)書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；
（2）A．壓強(qiáng)越高，反應(yīng)速率越快；
B．B、C兩點(diǎn)的二氧化氮體積分?jǐn)?shù)相同，為等效平衡；
C．A、C點(diǎn)溫度相同，C的壓強(qiáng)增大，體積縮小，氣體顏色加深；
D．B的二氧化氮體積分?jǐn)?shù)小于A點(diǎn)，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，二氧化氮的體積分?jǐn)?shù)增大，所以T₂＞T₁；
（3）①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始直至20 s時(shí)，N₂O₄（g）的物質(zhì)的量增加0.05mol，則二氧化氮的物質(zhì)的量減少0.1mol，濃度減少0.1mol÷2L=0.05mol/L，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NO₂）；
②60s和80s時(shí)四氧化二氮的物質(zhì)的量相同，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以二氧化氮的物質(zhì)的量不變；
四氧化二氮平衡時(shí)的濃度為0.08mol÷2L=0.04mol/L，二氧化氮的平衡濃度為0.40mol÷2L-2×0.04mol/L=0.12mol/L，再根據(jù)K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
二氧化氮生成四氧化二氮的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；
③若在相同情況下最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，要達(dá)到上述同樣的平衡狀態(tài)，即為等效平衡狀態(tài)，則將0.4mol的二氧化氮完全轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的物質(zhì)的量是0.2mol．

解答 解：（1）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，所以N₂O₄（g）?2NO₂（g）的反應(yīng)熱△H=438.5 kJ•mol^-1×4+167kJ•mol^-1-466 kJ•mol^-1×4=+57 Kj，•mol^-1，所以N₂O₄轉(zhuǎn)化為NO₂的熱化學(xué)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．C點(diǎn)壓強(qiáng)大于A點(diǎn)，所以C點(diǎn)的反應(yīng)速率快，故A錯(cuò)誤；
B．B、C兩點(diǎn)的二氧化氮體積分?jǐn)?shù)相同，為等效平衡，則氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量相同，故B錯(cuò)誤；
C．A、C點(diǎn)溫度相同，C的壓強(qiáng)增大，體積縮小，氣體顏色加深，盡管平衡逆向移動(dòng)，但最終氣體的顏色比原平衡時(shí)深，則A淺，C深，故C錯(cuò)誤；
D．B的二氧化氮體積分?jǐn)?shù)小于A點(diǎn)，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，二氧化氮的體積分?jǐn)?shù)增大，所以T₂＞T₁，A、B壓強(qiáng)相同，則由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故D正確，
故選：D；
（3）①在上述條件下，該反應(yīng)為2NO₂（g）?N₂O₄（g），從反應(yīng)開(kāi)始直至20 s時(shí)，N₂O₄（g）的物質(zhì)的量增加0.05mol，則二氧化氮的物質(zhì)的量減少0.1mol，濃度減少0.1mol÷2L=0.05mol/L，二氧化氮的平均反應(yīng)速率為0.05mol/L÷20s=0.0025mol•（L•s）^-1，
故答案為：0.0025mol•（L•s）^-1；
②60s和80s時(shí)四氧化二氮的物質(zhì)的量相同，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以二氧化氮的物質(zhì)的量不變，則n₃=n₄；四氧化二氮平衡時(shí)的濃度為0.08mol÷2L=0.04mol/L，二氧化氮的平衡濃度為0.40mol÷2L-2×0.04mol/L=0.12mol/L，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.04}{0.1{2}^{2}}$=2.8；
二氧化氮生成四氧化二氮的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)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(dá)到上述同樣的平衡狀態(tài)，即為等效平衡狀態(tài)，則將0.4mol的二氧化氮完全轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的物質(zhì)的量是0.2mol，則四氧化二氮的起始濃度為0.20mol÷2L=0.10mol/L，
故答案為：0.10．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的計(jì)算、反應(yīng)熱的計(jì)算、平衡移動(dòng)的判斷、化學(xué)平衡圖象、等效平衡的應(yīng)用等，難度中等，注意對(duì)等效平衡的理解掌握．