Question

（10分）NO₂和N₂O₄混合氣體的針管實驗是高中化學的經(jīng)典素材。理論估算和實測發(fā)現(xiàn)，混合氣體體積由V壓縮為V/2，溫度由298K升至311K。已知這兩個溫度下N₂O₄(g)2NO₂(g)的壓力平衡常數(shù)K_p分別為0.141和0.363。

6-1 通過計算回答，混合氣體經(jīng)上述壓縮后，NO₂的濃度比壓縮前增加了多少倍。

6-2 動力學實驗證明，上述混合氣體幾微秒內(nèi)即可達成化學平衡。壓縮后的混合氣體在室溫下放置，顏色如何變化？為什么？

 

Answer 1

（10分）

6-1

⑴ 設(shè)混合氣體未被壓縮，在298K（V₁、T₁）達平衡，N₂O₄(g)的平衡分壓為p₁，NO₂(g)的平衡分壓為p₂，則

        p₁ + p₂=1atm                          (a)

        K_P(298K) = (p₂/p^Ө)²/(p₁/p^Ө) =0.141         (b)

解聯(lián)立方程(a)和(b)，得：

        p₁ = 0.688 atm，  p₂ = 0.312atm

⑵ 設(shè)針管壓縮未發(fā)生平衡移動，已知p_T1 = 1atm，T₁ = 298K，T₂ = 311K，V₂/V₁ = 1/2，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程p_T1 V₁/ T₁= p_T2 V₂/ T₂，解得：

p_T2 = 2.087 atm，N₂O₄(g)的分壓p₁ = 1.436 atm，NO₂的分壓p₂ = 0.651 atm

⑶ 壓縮引發(fā)壓力變化，Q_P = 0.651²/1.436 = 0.296 < 0.363 = K_P(311K)，平衡正向移動。設(shè)達到平衡時N₂O₄(g)分壓減小x atm，則NO₂的分壓增加2x atm，有：

        K_P(311K) = [(p₂+2x)/p^Ө]²/[(p₁-x)/p^Ө] =0.363         (c)

解得：x = 0.0317 atm。

N₂O₄(g)的平衡分壓p₁(311K) = 1.404 atm，NO₂(g)的平衡分壓為p₂(311K) =0.714 atm

⑷ 濃度比等于分壓比：p₂(311K)/ p₂(298K) = 0.714/0.312 = 2.29，增加了1.29倍。

6-2 壓縮后的混合氣體在室溫下放置，溫度逐漸下降，平衡象放熱方向移動，NO₂聚合成N₂O₄，顏色逐漸變淺，直到體系溫度降至室溫，顏色不再變化。

解析:略