Question

14．氮可形成多種氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．已知NO₂和N₂O₄的結構式分別是和．實驗測得N-N鍵鍵能為167kJ•mol^-1，NO₂中氮氧鍵的平均鍵能為466kJ•mol^-1，N₂O₄中氮氧鍵的平均鍵能為438.5kJ•mol^-1．
（1）寫出N₂O₄轉化為NO₂的熱化學方程式：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1
（2）對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖所示．下列說法正確的是D
A．A、C兩點的反應速率：A＞C
B．B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C
C．A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺
D．由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法
（3）在100℃時，將0.40mol的NO₂氣體充入2L抽空的密閉容器中，每隔一定時間就對該容器內的物質進行分析，得到如下表數據：

時間（s）	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.050	n2	0.080	0.080

①在上述條件下，從反應開始直至20s時，二氧化氮的平均反應速率為0.0025mol•（L•s）^-1
②n₃=n₄（填“＞”、“＜”或“=”），該反應的平衡常數K的值為2.8，升高溫度后，反應2NO₂?N₂O₄的平衡常數K將減小（填“增大”、“減小”或“不變”）． 
③若在相同情況下最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，要達到上述同樣的平衡狀態，N₂O₄的起始濃度是0.10mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）化學反應的反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，注明物質的聚集狀態與放熱反應書寫熱化學方程式；
（2）A．壓強越高，反應速率越快；
B．B、C兩點的二氧化氮體積分數相同，為等效平衡；
C．A、C點溫度相同，C的壓強增大，體積縮小，氣體顏色加深；
D．B的二氧化氮體積分數小于A點，該反應是吸熱反應，溫度升高，平衡正向移動，二氧化氮的體積分數增大，所以T₂＞T₁；
（3）①從反應開始直至20 s時，N₂O₄（g）的物質的量增加0.05mol，則二氧化氮的物質的量減少0.1mol，濃度減少0.1mol÷2L=0.05mol/L，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO₂）；
②60s和80s時四氧化二氮的物質的量相同，說明反應達到平衡狀態，所以二氧化氮的物質的量不變；
四氧化二氮平衡時的濃度為0.08mol÷2L=0.04mol/L，二氧化氮的平衡濃度為0.40mol÷2L-2×0.04mol/L=0.12mol/L，再根據K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$計算平衡常數；
二氧化氮生成四氧化二氮的反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小；
③若在相同情況下最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，要達到上述同樣的平衡狀態，即為等效平衡狀態，則將0.4mol的二氧化氮完全轉化為四氧化二氮的物質的量是0.2mol．

解答 解：（1）根據化學反應的反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，所以N₂O₄（g）?2NO₂（g）的反應熱△H=438.5 kJ•mol^-1×4+167kJ•mol^-1-466 kJ•mol^-1×4=+57 Kj，•mol^-1，所以N₂O₄轉化為NO₂的熱化學方程式為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1，
故答案為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1；
（2）A．C點壓強大于A點，所以C點的反應速率快，故A錯誤；
B．B、C兩點的二氧化氮體積分數相同，為等效平衡，則氣體的平均相對分子質量相同，故B錯誤；
C．A、C點溫度相同，C的壓強增大，體積縮小，氣體顏色加深，盡管平衡逆向移動，但最終氣體的顏色比原平衡時深，則A淺，C深，故C錯誤；
D．B的二氧化氮體積分數小于A點，該反應是吸熱反應，溫度升高，平衡正向移動，二氧化氮的體積分數增大，所以T₂＞T₁，A、B壓強相同，則由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法，故D正確，
故選：D；
（3）①在上述條件下，該反應為2NO₂（g）?N₂O₄（g），從反應開始直至20 s時，N₂O₄（g）的物質的量增加0.05mol，則二氧化氮的物質的量減少0.1mol，濃度減少0.1mol÷2L=0.05mol/L，二氧化氮的平均反應速率為0.05mol/L÷20s=0.0025mol•（L•s）^-1，
故答案為：0.0025mol•（L•s）^-1；
②60s和80s時四氧化二氮的物質的量相同，說明反應達到平衡狀態，所以二氧化氮的物質的量不變，則n₃=n₄；四氧化二氮平衡時的濃度為0.08mol÷2L=0.04mol/L，二氧化氮的平衡濃度為0.40mol÷2L-2×0.04mol/L=0.12mol/L，則平衡常數K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.04}{0.1{2}^{2}}$=2.8；
二氧化氮生成四氧化二氮的反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，
故答案為：=；2.8；減小；
③若在相同情況下最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，要達到上述同樣的平衡狀態，即為等效平衡狀態，則將0.4mol的二氧化氮完全轉化為四氧化二氮的物質的量是0.2mol，則四氧化二氮的起始濃度為0.20mol÷2L=0.10mol/L，
故答案為：0.10．

點評 本題考查反應速率、平衡常數的計算、反應熱的計算、平衡移動的判斷、化學平衡圖象、等效平衡的應用等，難度中等，注意對等效平衡的理解掌握．