Question

13．在373k時(shí)把11.5g N₂O₄氣體通入體積為500ml的真空容器中，立即出現(xiàn)紅棕色．反應(yīng)進(jìn)行到2 s 時(shí)，NO₂的含量為0.01 mol．進(jìn)行到60 s 時(shí)達(dá)到平衡，此容器內(nèi)混合氣體的密度是氫氣密度的28.75倍，則
（1）開始2 s內(nèi)以N₂O₄表示的化學(xué)反應(yīng)速率為多少？
（2）達(dá)到平衡時(shí)，體系的壓強(qiáng)為開始的多少倍？
（3）達(dá)到平衡時(shí)，體系中N₂O₄的物質(zhì)的量為多少？
（4）N₂O₄的平衡轉(zhuǎn)化率為多少？

Answer 1

分析 11.5g N₂O₄氣體物質(zhì)的量=$\frac{11.5g}{92g/mol}$=0.125mol，
（1）由N₂O₄?2NO₂，反應(yīng)進(jìn)行到2s時(shí)，NO₂含量為0.01mol，則N₂O₄減少0.005mol，結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算反應(yīng)速率；
（2）60s時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)容器內(nèi)混合氣體密度是氫氣密度的28.75倍，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為28.75×2=57.5g/mol，
          N₂O₄?2NO₂，
開始0.125        0
轉(zhuǎn)化 x    2x
平衡0.125-x  2x
則：$\frac{92g/mol×（0.125mol-x）mol+46g/nol×2xmol}{0.125mol-x+2x}$=57.5g/mol，
解得x=0.075mol，根據(jù)壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比計(jì)算；
（3）根據(jù)（2）可知平衡時(shí)體系中N₂O₄的物質(zhì)的量；
（4）根據(jù)轉(zhuǎn)化率=$\frac{反應(yīng)消耗的物質(zhì)的量}{反應(yīng)前總物質(zhì)的量}$×100%計(jì)算．

解答 解：11.5g N₂O₄氣體物質(zhì)的量=$\frac{11.5g}{92g/mol}$=0.125mol，
（1）由N₂O₄?2NO₂，反應(yīng)進(jìn)行到2s時(shí)，NO₂含量為0.01mol，則N₂O₄減少0.005mol，由v=$\frac{\frac{0.005\\;mol}{0.5L}}{2s}$=0.005 mol•L^-1•s^-1，
答：開始2s內(nèi)以N₂O₄表示的反應(yīng)速率為0.005 mol•L^-1•s^-1；
（2）60s時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)容器內(nèi)混合氣體密度是氫氣密度的28.75倍，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為28.75×2=57.5g/mol，
                 N₂O₄ ?2NO₂，
開始（mol）0.125        0
轉(zhuǎn)化（mol） x            2x
平衡（mol）0.125-x    2x
則$\frac{92g/mol×（0.125mol-x）mol+46g/nol×2xmol}{0.125mol-x+2x}$=57.5g/mol，
解得：x=0.075mol，
開始總物質(zhì)的量為0.125mol，平衡時(shí)總物質(zhì)的量為0.125+0.075=0.2mol，
由壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比可知，達(dá)平衡時(shí)體系的壓強(qiáng)是開始時(shí)的$\frac{0.2mol}{0.125mol}$=1.6倍，
答：達(dá)平衡時(shí)體系的壓強(qiáng)是開始時(shí)的1.6倍；
（3）由（2）的計(jì)算可知，達(dá)到平衡時(shí)，體系中N₂O₄的物質(zhì)的量為：0.125mol-0.075mol=0.05mol，
答：達(dá)到平衡時(shí)，體系中N₂O₄的物質(zhì)的量為0.05mol；
（4）則N₂O₄的平衡轉(zhuǎn)化率為：$\frac{0.075mol}{0.125mol}$×100%=60%，
答：N₂O₄的平衡轉(zhuǎn)化率為60%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡及化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算，題目難度中等，明確信息中的平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算是解答的關(guān)鍵，并熟悉化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算式及化學(xué)平衡三段法計(jì)算即可解答．