Question

如圖裝置中，容器甲內(nèi)充入0.1mol NO氣體，干燥管內(nèi)裝有一定量Na₂O₂，從A處緩慢通入CO₂氣體．恒溫下，容器甲中活塞緩慢由D向左移動(dòng)，當(dāng)移至C處時(shí)容器體積縮小至最小，為原體積的，隨著CO₂的繼續(xù)通入，活塞又逐漸向右移動(dòng)．（不考慮活塞的磨擦）
已知：2Na₂O₂+2CO₂→2Na₂CO₃+O₂
（1）已知當(dāng)活塞移至C處時(shí)，干燥管中物質(zhì)的質(zhì)量增加了2.24g．
①此時(shí)，通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的CO₂氣體多少L？
②容器甲中NO₂轉(zhuǎn)化為N₂O₄的轉(zhuǎn)化率是多少？
③活塞移至C處后，繼續(xù)通入a mol CO₂，此時(shí)活塞恰好回至D處．則a值必______0.01（填大于、小于、等于），其理由是______．
（2）若改變干燥管中Na₂O₂的量，要通過調(diào)節(jié)甲容器的溫度及通入的量CO₂，使活塞發(fā)生從D到C，又從C到D的移動(dòng)，則Na₂O₂的質(zhì)量最小值應(yīng)大于______g．

Answer 1

解：（1）①設(shè)通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO₂氣體的體積為x，產(chǎn)生氧氣的體積為y，則：
2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂ 質(zhì)量裝置△m
2×22.4 L 22.4 L 56 g
x y 2.24 g
所以56 g：2.24g=2×22.4 L：x，解得x=1.792L，
56 g：2.24g=22.4 L：y，解得y=0.896L，
答：通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的CO₂氣體1.792L．
②由①計(jì)算可知，生成氧氣的物質(zhì)的量n（O₂）==0.04mol，
2NO+O₂=2NO₂
2 1 2
0.08mol 0.04 mol 0.08 mol
0.1 mol＞0.08 mol，所以NO過量，生成NO₂的物質(zhì)的量為0.08 mol．
所以2NO₂?N₂O₄ 物質(zhì)的量減少△n
2 1 1
0.02 mol 0.1 mol×（1-）=0.01mol
所以NO₂轉(zhuǎn)化為N₂O₄的轉(zhuǎn)化率為×100%=25%，
答：NO₂轉(zhuǎn)化為N₂O₄的轉(zhuǎn)化率為25%．
③活塞移至C，體積不會(huì)再減少，則干燥管中Na₂O₂已反應(yīng)完，活塞由C向D移動(dòng)，體積擴(kuò)大，2NO₂?N₂O₄平衡左移，使二者物質(zhì)的量增多，活塞移至D時(shí)，氣體物質(zhì)的量共增加0.01 mol，因此所需CO₂必小于0.01 mol，
故答案為：小于；活塞移至C，體積不會(huì)再減少，則干燥管中Na₂O₂已反應(yīng)完，活塞由C向D移動(dòng)，體積擴(kuò)大，2NO₂?N₂O₄平衡左移，使二者物質(zhì)的量增多，活塞移至D時(shí)，氣體物質(zhì)的量共增加0.01 mol，因此所需CO₂必小于0.01 mol；
（2）實(shí)現(xiàn)從D→C的移動(dòng)，只能通過降溫使2NO₂?N₂O₄的平衡向右移動(dòng)（此反應(yīng)為放熱反應(yīng)）．
即降溫時(shí) 2NO₂?N₂O₄ 物質(zhì)的量減少△n
2 1 1
0.02 mol 0.1 mol×（1-）
即容器中至少應(yīng)有0.02 mol的NO₂，
根據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系式可知：2Na₂O₂→O₂→2NO→2NO₂，至少需要Na₂O₂0.02 mol，所以其質(zhì)量最小值為0.02 mol×78 g/mol=1.56 g．
故答案為：1.56g．
分析：（1）①干燥管內(nèi)質(zhì)量增重，由于發(fā)生反應(yīng)2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂，利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)的二氧化碳的體積；
②容器甲中發(fā)生反應(yīng)2NO+O₂=2NO₂，2NO₂?N₂O₄，根據(jù)①計(jì)算生成氧氣的體積，進(jìn)而計(jì)算n（O₂），根據(jù)過量計(jì)算，判斷氧氣與NO反應(yīng)生成的二氧化氮的物質(zhì)的量，此過程容器甲的體積不變，此后由于發(fā)生反應(yīng)2NO₂?N₂O₄，甲容器的體積減小，根據(jù)體積變化，判斷混合氣體物質(zhì)的量減少量，根據(jù)差量法計(jì)算參加反應(yīng)的二氧化氮的物質(zhì)的量，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；
③活塞移至C，體積不會(huì)再減少，則干燥管中Na₂O₂已反應(yīng)完，活塞由C向D移動(dòng)，體積擴(kuò)大，2NO₂?N₂O₄平衡左移，使二者物質(zhì)的量增多，活塞移至D時(shí)，氣體物質(zhì)的量共增加0.01 mol，因此所需CO₂必小于0.01 mol；
（2）實(shí)現(xiàn)從D→C的移動(dòng)，只能通過降溫使2NO₂?N₂O₄的平衡向右移動(dòng)（此反應(yīng)為放熱反應(yīng)），氣體物質(zhì)的量減少量，根據(jù)差量法計(jì)算至少含有二氧化氮的物質(zhì)的量，再根據(jù)關(guān)系式2Na₂O₂→O₂→2NO→2NO₂，計(jì)算過氧化鈉的最少物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計(jì)算．
點(diǎn)評(píng)：考查NO、CO₂和過氧化鈉反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算與判斷，試題綜合性強(qiáng)，過程復(fù)雜，計(jì)算量很大，難度很大，為易錯(cuò)題目，該題是高考中的常見考點(diǎn)和題型，旨在考查學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和發(fā)散思維能力，側(cè)重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練．