Question

17．氮有不同價態(tài)的氧化物，如NO、N₂O₃、NO₂、N₂O₅等，它們在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化．
（1）己知：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H₁=-113kJ•mol^-1
NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H₂=-199kJ•mol^-1
4NO₂（g）+O₂（g）═2N₂O₅（g）△H₄=-57kJ•mol^-1
則反應(yīng)6NO₂ （g）+O₃（g）═3N₂O₅（g）△H=-228kJ•mol^-1．
（2）某溫度下，在一體積可變的密閉容器中充入1mol N₂O₃，發(fā)生反應(yīng)N₂O₃（g）?NO₂（g）+NO（g）
達到平衡后，于t₁時刻改變某一條件后，速率與時間的變化圖象如圖1所示，有關(guān)說法正確的是C

A．t₁時刻改變的條件是增大N₂O₃的濃度，同時減小NO₂或NO的濃度
B．t₁時刻改變條件后，平衡向正反應(yīng)方向移動，N₂O₃的轉(zhuǎn)化率增大
C．在t₂時刻達到新的平衡后，NO₂的百分含量不變
D．若t₁時刻將容器的體積縮小至原容器的一半，則速率～時間圖象與上圖相同
（3）在1000K下，在某恒容容器中發(fā)生下列反應(yīng)：2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g），將一定量的NO₂放入恒容密閉容器中，測得其平衡轉(zhuǎn)化率α（NO₂）隨溫度變化如圖2所示．圖中a點對應(yīng)溫度下，已知NO₂的起始壓強p₀為120kPa，列式計算該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K_p=81（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)）．
（4）對于反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g），在一定條件下N₂O₄與NO₂的消耗速率與自身壓強間存在關(guān)系：v（N₂O₄）=k₁•p（N₂O₄），v（NO₂）=k₂•p²（NO₂）．其中，k_l、k₂是與反應(yīng)及溫度有關(guān)的常數(shù)．相應(yīng)的速率～壓強關(guān)系如圖3所示．一定溫度下，k_l、k₂與平衡常數(shù)K_p的關(guān)系是k_l=$\frac{1}{2}$K₂•K_p，在如圖標出的點中，指出能表示反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的點B點與D點，理由是滿足平衡條件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）．．

Answer 1

分析 （1）①2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H₁=-113kJ•mol^-1
②NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H₂=-199kJ•mol^-1
③4NO₂（g）+O₂（g）═2N₂O₅（g）△H₄=-57kJ•mol^-1
將方程式②+③×$\frac{3}{2}$-①×$\frac{1}{2}$得6NO₂ （g）+O₃（g）═3N₂O₅（g），據(jù)此計算焓變；
（2）根據(jù)速率與時間的變化圖象可知，t₁時刻改變某一條件后，反應(yīng)N₂O₃（g）?NO₂（g）+NO（g）正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率減小，又該反應(yīng)為體積可變的容器，所以根據(jù)圖象中最后達到平衡的速率和之前速率相同，可知應(yīng)該是恒壓條件下充入反應(yīng)物，據(jù)此分析判斷；
（3）圖中a點對應(yīng)溫度下，NO₂的轉(zhuǎn)化率是0.6，設(shè)原來NO₂的物質(zhì)的量為xmol，轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為0.6xmol，
   2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g），
開始  x              0              0
轉(zhuǎn)化0.6xmol     0.6xmol     0.3xmol
平衡0.4xmol     0.6xmol     0.3xmol
則混合氣體的物質(zhì)的量=0.4xmol+0.6xmol+0.3xmol=1.3xmol，相同條件下，氣體的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，所以反應(yīng)后壓強=$\frac{120kPa}{xmol}$×1.3xmol=156KPa，NO₂的分壓=156KPa×$\frac{0.4xmol}{1.3xmol}$=48KPa，
NO的分壓=156KPa×$\frac{0.6xmol}{1.3xmol}$=72KPa，
O₂的分壓=156KPa×$\frac{0.3xmol}{1.3xmol}$=36KPa
根據(jù)該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K_p=$\frac{p（O{\;}_{2}）p（NO）{\;}^{2}}{p（NO{\;}_{2}）{\;}^{2}}$計算；
（4）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)Kp=$\frac{[p（NO{\;}_{2}）]{\;}^{2}}{p（N{\;}_{2}O{\;}_{4}）}$及二者的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比推斷；滿足平衡條件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）即為平衡點．

解答 解：（1）①2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H₁=-113kJ•mol^-1
②NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H₂=-199kJ•mol^-1
③4NO₂（g）+O₂（g）═2N₂O₅（g）△H₄=-57kJ•mol^-1
將方程式②+③×$\frac{3}{2}$-①×$\frac{1}{2}$得6NO₂ （g）+O₃（g）═3N₂O₅（g），△H=-199kJ•mol^-1-57kJ•mol^-1×$\frac{3}{2}$+113kJ•mol^-1×$\frac{1}{2}$=-228kJ•mol^-1，
故答案為：-228kJ•mol^-1；
（2）A．該反應(yīng)為體積可變的容器，所以根據(jù)圖象中最后達到平衡的速率和之前速率相同，可知改變的條件應(yīng)該是恒壓條件下充入反應(yīng)物，故A錯誤；
B．改變的條件應(yīng)該是恒壓條件下充入反應(yīng)物，等效平衡，故平衡時反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；
C．改變的條件應(yīng)該是恒壓條件下充入反應(yīng)物，等效平衡，故平衡時二氧化氮體積分數(shù)不變，故C正確；
D．若t₁時刻將容器的體積縮小至原容器的一半，則壓強增大，正逆反應(yīng)速率都增大，所以速率～時間圖象與上圖不同，故D錯誤；
故選：C；
（3）圖中a點對應(yīng)溫度下，NO₂的轉(zhuǎn)化率是0.6，設(shè)原來NO₂的物質(zhì)的量為xmol，轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為0.6xmol，
   2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g），
開始  x              0              0
轉(zhuǎn)化0.6xmol     0.6xmol     0.3xmol
平衡0.4xmol     0.6xmol     0.3xmol
則混合氣體的物質(zhì)的量=0.4xmol+0.6xmol+0.3xmol=1.3xmol，相同條件下，氣體的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，所以反應(yīng)后壓強=$\frac{120kPa}{xmol}$×1.3xmol=156KPa，NO₂的分壓=156KPa×$\frac{0.4xmol}{1.3xmol}$=48KPa，
NO的分壓=156KPa×$\frac{0.6xmol}{1.3xmol}$=72KPa，
O₂的分壓=156KPa×$\frac{0.3xmol}{1.3xmol}$=36KPa
化學(xué)平衡常數(shù)K_p=$\frac{p（O{\;}_{2}）p（NO）{\;}^{2}}{p（NO{\;}_{2}）{\;}^{2}}$=$\frac{36×72{\;}^{2}}{48{\;}^{2}}$=81，
故答案為：81；
（4）反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g），則化學(xué)平衡常數(shù)Kp=$\frac{[p（NO{\;}_{2}）]{\;}^{2}}{p（N{\;}_{2}O{\;}_{4}）}$，二者的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比，
則υ（NO₂）：υ（N₂O₄）=k₂•p²（NO₂）：k₁•p（N₂O₄）=2：1，又化學(xué)平衡常數(shù)Kp=$\frac{[p（NO{\;}_{2}）]{\;}^{2}}{p（N{\;}_{2}O{\;}_{4}）}$，
所以K₁=$\frac{1}{2}$K₂•K_p，
滿足平衡條件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）即為平衡點，B、D點的壓強之比等于其反應(yīng)速率之比為1：2，所以B、D為平衡點，
故答案為：$\frac{1}{2}$K₂•K_p；B點與D點；滿足平衡條件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）．

點評 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計算，為高頻考點，涉及平衡計算、蓋斯定律等知識點，側(cè)重考查學(xué)生分析計算及獲取信息解答問題能力，難點是（3）題平衡常數(shù)的計算，注意分壓的計算方法，題目難度中等．