Question

18．（1）在一密閉容器中充入2molNH₃，保持溫度體積恒定，經過一段時間玻璃管內壓強是初始壓強的1.5倍，則NH₃的轉化率為50%，NH₃的體積分數為33.3%
（2）已知常溫下，NO₂可以與N₂O₄相互轉化，將一定量NO₂和N₂O₄混合氣體通入體積為2L的恒溫密閉容器中，各物質濃度隨時間變化的關系如圖1所示．

請回答：
①圖l中，曲線X（填“X”或“Y”）表示NO₂濃度隨時間的變化情況；前10min內v（NO₂）=0.04mol/（L•min）．
②反應進行到10min時，共吸收熱量22.76kJ，則該反應的熱化學方程式為N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+56.9kJ/mol；該反應的平衡常數K=0.9mol/L．
③反應進行到20min時，再向容器內充入一定量NO₂，10min后達到新的平衡，此時測得c（NO₂）=0.9mol/L．
ⅰ第一次平衡時混合氣體中NO₂的體積分數為ω₁，達到新平衡后混合氣體中NO₂的體積分數為ω₂，則ω₁＞ω₂（填“＞”、“=”或“＜”）；
ⅱ請在圖2中畫出20min后各物質的濃度隨時間變化的曲線（曲線上必須標出“X”和“Y”）．

Answer 1

分析 （1）結合化學平衡三行計算列式，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，體積分數=$\frac{氨氣的物質的量}{混合氣體總物質的量}$×100%；
（2）①由2NO₂（g）?N₂O₄（g），可知△c（NO₂）=2△c（N₂O₄），結合圖象中物質濃度的變化量判斷，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO₂）；
②反應進行到10min時反應達到平衡狀態，計算共吸收熱量22.76kJX生成的物質的量，結合熱化學方程式定量關系計算對應反應的焓變，寫出熱化學方程式，平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
③i．恒溫恒容下，再充入一定量NO₂，等效為增大壓強，平衡逆向移動；
ii.20min時瞬間c（NO₂）增大，c（N₂O₄）不變，而后平衡向逆反應方向移動，c（NO₂）減小，c（N₂O₄）增大，10min后達到新的平衡，此時測得c（NO₂）=0.9mol/L，根據平衡常數計算平衡時c（N₂O₄），據此作圖．

解答 解：（1）在一密閉容器中充入2molNH₃，保持溫度體積恒定，經過一段時間玻璃管內壓強是初始壓強的1.5倍，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，設生成氮氣物質的量為x，
                        2NH₃?N₂+3H₂
起始量（mol）   2           0      0
變化量（mol）   2x          x       3x
平衡量（mol）2-2x           x       3x
2-2x+x+3x=2×1.5
x=0.5mol
則NH₃的轉化率=$\frac{2×0.5}{2}$×100%=50%，
NH₃的體積分數=$\frac{2-2x}{2+2x}$×100%=33.3%，
故答案為：50%；33.3%；
（2）①由圖可知0-10min內，X的濃度變化量為（0.6-0.2）mol/L=0.4mol/L，Y的濃度變化量為（0.6-0.4）mol/L=0.2mol/L，由2NO₂（g）?N₂O₄（g），可知△c（NO₂）=2△c（N₂O₄），所以X表示NO₂濃度隨時間的變化曲線，Y表示N₂O₄濃度隨時間的變化曲線，X表示NO₂濃度隨時間的變化曲線，由圖可知，前10min內，NO₂的濃度變化量為（0.6-0.2）mol/L=0.4mol/L，所以υ（NO₂）=$\frac{0.4mol/L}{10min}$=0.04mol•L^-1•min^-1，
故答案為：X；  0.04；
②反應進行到10min時，X的濃度變化量為（0.6-0.2）mol/L=0.4mol/L，物質的量為0.4mol/L×2L=0.8mol，共吸收熱量22.76kJ，生成2molNO₂吸熱56.9kJ，反應的熱化學方程式為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+56.9kJ/mol，達到平衡狀態下，c（N₂O₄）=0.4mol/L，c（NO₂）=0.6mol/L，平衡常數K=$\frac{（0.6mol/L）^{2}}{0.4mol/L}$=0.9mol/L
故答案為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+56.9kJ/mol；    0.9mol/L；
③i．恒溫恒容下，再充入一定量NO₂，等效為增大壓強，平衡逆向移動，新平衡后混合氣體中NO₂的體積分數減小，故ω₁＞ω₂，故答案為：＞；
ii.20min時瞬間c（NO₂）增大，c（N₂O₄）不變，而后平衡向逆反應方向移動，c（NO₂）減小，c（N₂O₄）增大，10min后達到新的平衡，此時測得c（NO₂）=0.9mol/L，由于K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=0.9，則平衡時c（N₂O₄）=$\frac{0．{9}^{2}}{0.9}$mol/L=0.9mol/L，而X為NO₂、Y為N₂O₄，20min后各物質的濃度隨時間變化的曲線為：，
故答案為：．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡狀態判斷、平衡常數等，③中作圖為易錯點，注意再次平衡時各物質的濃度、條件改變瞬間各物質的濃度，難度中等．