Question

4．在100℃時，將0.100mol的N₂O₄氣體充入1L抽空密閉容器中，發生反應：N₂O₄（g）?2NO₂．
現在隔一定時間對該容器內的物質進行分析，得到如下表格：

t/s c/（mol•L-1）	0	20	40	60	80	100
c（N2O4）/（mol•L-1）	0.100	c1	0.050	c3	a	b
c（NO2）/（mol•L-1）	0	0.060	c2	0.120	0.120	0.120

試回答下列問題：
（1）達到平衡時N₂O₄的轉化率為60%，表中c₂＞c₃，a=b（后兩空選填＞、＜、=）
（2）20s的N₂O₄的濃度c₁=0.07mol/L在0～20s內N₂O₄的平均反應速率為0.0015mol/（L•s）；
（3）若其他反應條件以及初始物質物質的量不變，將反應的溫度降低到80℃時，達到平衡時NO₂的物質的量為0.100mol，那么正反應是吸熱反應（選填吸熱或放熱）
（4）若在相同初始情況下最初向該容器充入的是二氧化氮氣體，要達到上述同樣的平衡狀態，二氧化氮的起始濃度為0.20mol/L．

Answer 1

分析 （1）由表可知，60s時反應達平衡，根據方程式計算△c（N₂O₄），根據轉化率計算平衡時N₂O₄的轉化率；
根據方程式計算，計算c₂、c₃，據此解答；
60s后反應達平衡，反應混合物各組分的濃度不變．
（2）由△c（NO₂），根據方程式計算△c（N₂O₄），20s的四氧化二氮的濃度=起始濃度-△c（N₂O₄）；
根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂O₄）．
（3）80℃時，達到平衡時NO₂的物質的量為0.100mol，說明降低溫度后平衡向著逆向移動，據此判斷反應熱；
（4）達到上述同樣的平衡狀態，說明兩個平衡為等效平衡，按化學計量數換算到N₂O₄一邊，滿足c（N₂O₄）為0.100mol/L．

解答 解：（1）由表可知，60s時反應達平衡，c（NO₂）=0.120mol/L，根據反應N₂O₄?2NO₂可知，平衡時消耗二氧化氮的濃度為：c（N₂O₄）=0.120mol/L×$\frac{1}{2}$=0.06mol/L，則平衡時N₂O₄的轉化率為：$\frac{0.06mol/L}{0.1mol/L}$×100%=60%；
達到平衡時各組分的濃度不再變化，則c₃=a=b=0.1mol/L-0.06mol/L=0.04mol/L；
由表可知，40s時，c（N₂O₄）=0.050mol/L，N₂O₄的濃度變化為：（0.1-0.05）mol/L=0.05mol/L，則c₂=0.05mol/L×2=0.10mol/L，所以c₂＞c₃，
故答案為：60；＞；=；
（2）由表可知，20s時，c（NO₂）=0.060mol/L，則反應消耗 N₂O₄的濃度為0.030mol/L，則20s的四氧化二氮的濃度c₁=0.1mol/L-0.03mol/L=0.07mol/L；
在0s～20s內四氧化二氮的平均反應速率為v（N₂O₄）=$\frac{0.03mol/L}{20s}$=0.0015mol•（L•s）^-1，
故答案為：0.07mol/L；0.0015；
（3）若其他反應條件以及初始物質物質的量不變，將反應的溫度降低到80℃時，達到平衡時NO₂的物質的量為0.100mol＜0.120mol/L，說明降低溫度后平衡向著放熱的逆向移動，則逆向為放熱反應，故正反應為吸熱反應，
故答案為：吸熱；
（4）達到上述同樣的平衡狀態，為等效平衡，按化學計量數換算到N₂O₄一邊，滿足c（N₂O₄）為0.100mol/L即可，根據反應N₂O₄ ?2 NO₂可知二氧化氮的濃度應該為：c（NO₂）=2c（N₂O₄）=0.1mol/L×2=0.20mol/L，
故答案為：0.20mol/L．

點評 本題考查化學平衡的有關計算，題目難度中等，涉及化學反應速率、轉化率等的計算、等效平衡的應用等知識，注意掌握化學反應速率、轉化率的概念及表達式，明確等效平衡的判斷方法為解答關鍵，試題培養了學生的分析能力及化學計算能力．