Question

在體積固定的密閉容器中，進行如下化學反應：N₂O₄（g）2NO₂（g），其化學平衡常數K和溫度t的關系如下表：

t /℃	80	100	120
K	1.80	2.76	3.45

 
請回答下列問題：
（1）該反應的化學平衡常數表達式K＝                       。
（2）該反應為           反應（填“吸熱”或“放熱”）。
（3）判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是               。
A．容器內混合氣體密度不變
B．混合氣體中c（NO₂）不變
C．0.5mol N₂O_­4分解的同時有1 mol NO₂生成
（4）在80℃時，將2.80molN₂O₄氣體充入2L固定容積的密閉容器中，一段時間后對該容器內的物質進行分析，得到如下數據：

	0	20	40	60	80	100
n（N2O4）	2.80	A	2.00	c	d	1.60
n（NO2）	0	0.96	b	2.08	2.40	2.40

 
①b的值為           ；
②N₂O₄的平衡轉化率為               ；
③20s～40s內用N₂O₄表示的平均反應速率υ（N₂O₄）＝            。

Answer 1

（1） （1分）     （2） 吸熱（2分） （3） B （2分）
（4）①1.60 （2分）  ②42.9% 或0.429（2分）  ③0.008 mol·L^-1·S^-1（2分）

試題分析：（1）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據反應的化學方程式可知，該反應的平衡常數表達式K＝。
（2）根據表中數據可知，隨著溫度的升高，平衡常數逐漸增大。這說明升高溫度平衡向正反應方向移動，因此正方應是吸熱反應。
（3）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態，據此可以判斷。A、密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，因此密度始終是不變，所以容器內混合氣體密度不變不能說明反應達到平衡狀態，A不正確；B、混合氣體中c（NO₂）不變可以說明反應得到平衡狀態，B正確；C、根據反應式可知，0.5mol N₂O_­4分解的同時一定有1 mol NO₂生成，所以不能說明反應達到平衡狀態，C不正確，答案選B。
（4）①根據表中數據可知，反應進行到20s時NO₂的物質的量是0.96mol所以消耗N₂O₄的物質的量是0.96mol÷2＝0.48mol，則剩余N₂O₄的物質的量＝2.80mol－0.48mol＝2.32mol，即A＝2.32mol。從20s進行到40s消耗N₂O₄的物質的量＝2.32mol－2.00mol＝0.32mol，所以生成NO₂的物質的量＝0.32mol×2＝0.64mol，則b＝0.96mol＋0.64mol＝1.60mol，即b＝1.60mol。
②根據表中數據可知，反應進行到80s時NO₂的物質的量不再發生變化，說明反應達到平衡狀態，此時消耗N₂O₄的物質的量＝2.40mol÷2＝1.20mol，所以N₂O₄的轉化率＝×100%＝42.9%。
③20s～40s內消耗N₂O₄的濃度＝0.32mol÷2L＝0.16mol/L，所以用N₂O₄表示的平均反應速率υ（N₂O₄）＝0.16mol/L÷20s＝0.008 mol·L^-1·S^-1。