Question

14．無色氣體N₂0₄是一種強氧化劑，為重要的火箭推進劑之一．N₂0₄與N0₂轉(zhuǎn)換的熱化學方程式為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+24.4kJ/mol
（1）將一定量N₂O₄投入固定容積的真空容器中，下述現(xiàn)象能說明反應(yīng)達到平衡的是bc．
a．v_正（N₂O₄）=2v_逆（NO₂）    b．體系顏色不變
c．氣體平均相對分子質(zhì)量不變    d．氣體密度不變
達到平衡后，保持體積不變升高溫度，再次到達平衡時，則混合氣體顏色變深（填“變深”、“變淺”或“不變”），判斷理由正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高平衡正向移動，c（NO₂）增加，顏色加深．
（2）平衡常數(shù)K可用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)分壓表示，即K表達式中用平衡分壓代替平衡濃度，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)（例如：p（NO₂）=p_總×x（NO₂）．寫出上述反應(yīng)平衡常數(shù)K_p表達式$\frac{{p}_{總}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$（用p總、各氣體物質(zhì)的量分數(shù)x表示）；影響K_p的因素溫度．
（3）上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率v_正=k_正．p（N₂O₄），逆反應(yīng)速率v_逆=k_逆．p²（NO₂），其中k_正、k_逆為速率常數(shù)，則K_p為$\frac{{K}_{正}}{K逆}$（以k_正、k_逆表示）．若將一定量N₂O₄投入真空容器中恒溫恒壓分解（溫度298K、壓強100kPa），已知該條件下k_正=4.8×l0⁴s^-1，當N₂O₄分解10%時，v_正=3.9×10⁶kPa•s^-1；
（4）真空密閉容器中放人一定量N₂O₄，維持總壓強p₀恒定，在溫度為T時，平衡時N₂0₄分解百分率為a．保持溫度不變，向密閉容器中充人等量N₂O₄，維持總壓強在2p₀條件下分解，則N₂0₄的平衡分解率的表達式為$\sqrt{\frac{{a}^{2}}{2-{a}^{2}}}$．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)到達平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高平衡正向移動，NO₂的濃度增大；
（2）由題目信息可知，用某組分（B）的平衡壓強（P_B）表示平衡常數(shù)為：生成物分壓的系數(shù)次冪乘積與反應(yīng)物分壓系數(shù)次冪乘積的比；
平衡常數(shù)只受溫度溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（3）平衡時正逆速率相等，由v_正=k_正．p（N₂O₄），v_逆=k_逆．p²（NO₂），聯(lián)立可得K_p；
根據(jù)四氧化二氮的分解率計算各組分物質(zhì)的量，進而計算四氧化二氮的分壓p（N₂O₄），再根據(jù)v_正=k_正．p（N₂O₄）計算；
（4）保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，根據(jù)平衡常數(shù)K_p=$\frac{{[p}_{總}×x（N{O}_{2}）]^{2}}{{p}_{總}×x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{p}_{總}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$計算．

解答 解：（1）a．應(yīng)是2v_正（N₂O₄）=v_逆（NO₂） 時反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．體系顏色不變，說明二氧化氮濃度不變，反應(yīng)到達平衡狀態(tài)，故b正確；
c．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)減小混合氣體總物質(zhì)的量增大，平均相對分子質(zhì)量減小，當氣體平均相對分子質(zhì)量不變時，反應(yīng)到達平衡狀態(tài)，故c正確；
d．混合氣體的總質(zhì)量不變，容器的容積不變，氣體密度始終不變，故d錯誤，
正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高平衡正向移動，c（NO₂）增加，顏色加深，
故答案為：bc；變深；正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高平衡正向移動，c（NO₂）增加，顏色加深；
（2）由題目信息可知，用某組分（B）的平衡壓強（P_B）表示平衡常數(shù)為：生成物分壓的系數(shù)次冪乘積與反應(yīng)物分壓系數(shù)次冪乘積的比，N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常數(shù)K_p=$\frac{{[p}_{總}×x（N{O}_{2}）]^{2}}{{p}_{總}×x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{p}_{總}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$，平衡常數(shù)只受溫度溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為：$\frac{{p}_{總}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$；溫度；
（3）平衡時正逆速率相等，由v_正=k_正．p（N₂O₄），v_逆=k_逆．p²（NO₂），聯(lián)立可得K_p=$\frac{{K}_{正}}{K逆}$，
當N₂O₄分解10%時，設(shè)投入的N₂O₄為1mol，轉(zhuǎn)化的N₂O₄為0.1mol，則：
N₂O₄（g）?2NO₂（g）  物質(zhì)的量增大△n
1                    2-1=1
0.1mol               0.1mol
故此時p（N₂O₄）=$\frac{1mol-0.1mol}{1mol+0.1mol}$×100kPa=$\frac{9}{11}$×100kPa，則v_正=4.8×l0⁴s^-1×$\frac{9}{11}$×100kPa=3.9×10⁶ kPa•s^-1；
故答案為：$\frac{{K}_{正}}{K逆}$；3.9×10⁶；
（4）在溫度為T時，平衡時N₂O₄分解百分率為a，設(shè)投入的N₂O₄為1mol，轉(zhuǎn)化的N₂O₄為amol，則：
            N₂O₄（g）?2NO₂（g）
起始量（mol）：1          0          
變化量（mol）：a          2a
平衡量（mol）：1-a        2a
故x（N₂O₄）=$\frac{1-a}{1+a}$，x（NO₂）=$\frac{2a}{1+a}$，
則平衡常數(shù)K_p=$\frac{{[p}_{總}×x（N{O}_{2}）]^{2}}{{p}_{總}×x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{p}_{總}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=p₀×$\frac{（\frac{2a}{1+a}）^{2}}{\frac{1-a}{1+a}}$
保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，令N₂O₄的平衡分解率為y，則：
p₀×$\frac{（\frac{2a}{1+a}）^{2}}{\frac{1-a}{1+a}}$=2p₀×$\frac{（\frac{2y}{1+y}）^{2}}{\frac{1-y}{1+y}}$，
解得y=$\sqrt{\frac{{a}^{2}}{2-{a}^{2}}}$，
故答案為：$\sqrt{\frac{{a}^{2}}{2-{a}^{2}}}$．

點評 本題考查化學平衡狀態(tài)判斷、化學平衡常數(shù)、化學反應(yīng)速率等，題目涉及字母型計算，為易錯題目，側(cè)重考查學生信息獲取與知識遷移運用．