Question

18．非金屬元素氮有多種氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．
（1）一定溫度下，反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄ （g）△S＜0，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是△H＜0（選填“=”、“＞”、“＜”）
（2）對(duì)反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g），在溫度為T(mén)₁、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0.400mol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	0.05	n2	0.08	0.08

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．
②2NO₂（g）?N₂O₄（g）該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的值為2.8；若100℃時(shí)的某時(shí)刻測(cè)得c（NO₂）=1.00mol/L，c（N₂O₄）=0.20mol/L，則該時(shí)刻的v_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“=”），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）反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則△H-T△S＜0，△S＜0時(shí)，必須△H＜0；
（2）N₂O₄（g）═2NO₂（g）△H=+57kJ•mol^-1，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大；增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)減小．
a、A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快；
b、根據(jù)B，C兩點(diǎn)平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)相等來(lái)判斷，據(jù)此判斷；
c、增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，向逆反應(yīng)進(jìn)行是減小由于壓強(qiáng)增大導(dǎo)致濃度增大趨勢(shì)，但到達(dá)平衡仍比原平衡濃度大；
d、壓強(qiáng)相同，升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大，A點(diǎn)NO₂的體積分?jǐn)?shù)大；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$來(lái)計(jì)算v（N₂O₄），利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（NO₂）；
②計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行分析，據(jù)此判斷正逆速率大小；
反應(yīng)2NO₂?N₂O₄是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡體系向著吸熱的方向進(jìn)行，判斷K的變化情況；
③該容器只充入的是N₂O₄氣體，恒溫恒容下，要達(dá)到上述同樣的平衡狀態(tài)，為等效平衡，按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)得到0.4mol的NO₂，據(jù)此計(jì)算N₂O₄的起始濃度．

解答 解：（1）反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則△H-T△S＜0，△S＜0時(shí)，必須△H＜0；故答案為：＜；
（2）A．由圖象可知，A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，C的壓強(qiáng)大，則A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A＜C，故A錯(cuò)誤；
B．B，C兩點(diǎn)平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)相等，氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量：B=C，故B錯(cuò)誤；
C．由圖象可知，A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，C的壓強(qiáng)大，與A相比C點(diǎn)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，向逆反應(yīng)進(jìn)行是由于減小體積增大壓強(qiáng)，平衡移動(dòng)的結(jié)果降低NO₂濃度增大趨勢(shì)，但到達(dá)平衡仍比原平衡濃度大，平衡時(shí)NO₂濃度比A的濃度高，NO₂為紅棕色氣體，則A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A淺，C深，故C錯(cuò)誤；
D．升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大，由圖象可知，A點(diǎn)NO₂的體積分?jǐn)?shù)大，則T₁＜T₂，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?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始直至20s時(shí)，v（NO₂）=$\frac{\frac{0.05mol}{2L}}{20s}$=0.00125mol/（L•s），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（NO₂）=2v（N₂O₄）=0.0025mol•（L•s）^-1，
故答案為：0.0025mol•（L•s）^-1；
②0.400mol的NO₂氣體充入2L抽空的密閉容器中，
                    2NO₂（g）?N₂O₄（g）
初始濃度：0.2                 0
變化濃度：0.08                 0.04
平衡濃度：0.12                 0.04
K=$\frac{0.04}{0.1{2}^{2}}$≈2.8，此時(shí)的濃度商Qc=$\frac{0.2}{{1}^{2}}$=0.2，小于平衡常數(shù)2.8，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，則該時(shí)刻的v_正＞v_逆，
反應(yīng)2NO₂?N₂O₄是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡體系向著吸熱的方向進(jìn)行，平衡常數(shù)K減小
故答案為：＞；減��；
③該容器只充入的是N₂O₄氣體，恒溫恒容下，要達(dá)到上述同樣的平衡狀態(tài)，為等效平衡，按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)得到0.4mol的NO₂，故起始充入的N₂O₄氣體物質(zhì)的量為0.4mol×$\frac{1}{2}$=0.2mol，N₂O₄的起始濃度是 $\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol•L^-1，
故答案為：0.1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡圖象、化學(xué)影響因素與計(jì)算、反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)等，題目較為綜合，難度中等，（2）②注意平衡常數(shù)的應(yīng)用．