Question

4．將一定量NO₂和N₂O₄的混合氣體通入體積為1L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）下列選項中不能說明該反應已達到平衡狀態的是B（填選項字母）．
A．容器內混合氣體的壓強不隨時間變化而改變
B．容器內混合氣體的密度不隨時間變化而改變
C．容器內混合氣體的顏色不隨時間變化而改變
D．容器內混合氣體的平均相對分子質量不隨時間變化而改變
（2）反應進行到10min時，共吸收熱量11.38kJ，則該反應的熱化學方程式為N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+56.9kJ/mol；
（3）計算該反應的平衡常數K=0.9．
（4）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）=0.9
mol/L．
①第一次平衡時混合氣體中NO₂的體積分數為w₁，達到新平衡后混合氣體中NO₂的體積分數為w₂，則w₁＞w₂（填“＞”、“=”或“＜”）；
②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 由圖1可知，X、Y的濃度變化量之比為2：1，則X為NO₂、Y為N₂O₄，發生反應：N₂O₄（g）?2NO₂（g）．
（1）A．隨反應進行混合氣體總物質的量增大，恒溫恒容下，容器內壓強增大，壓強不變說明到達平衡；
B．混合氣體總質量不變，容器的容積不變，密度始終不變；
C．容器內混合氣體的顏色不隨時間變化而改變，說明二氧化氮的濃度不變；
D．混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體總物質的量增大，平均相對分子質量減小，平均相對分子質量不變說明到達平衡；
（2）反應進行到10min時，參加反應的四氧化二氮為1L×（0.6-0.4）mol/L=0.2mol，共吸收熱量11.38kJ，故反應1molN₂O₄共吸收熱量11.38kJ×5=56.9kJ，注明物質的聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式；
（3）平衡時c（NO₂）=0.6mol/L、c（N₂O₄）=0.4mol/L，代入K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$計算；
（4）①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；
②20min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：由圖1可知，X、Y的濃度變化量之比為2：1，則X為NO₂、Y為N₂O₄，發生反應：N₂O₄（g）?2NO₂（g）．
（1）A．隨反應進行混合氣體總物質的量增大，恒溫恒容下，容器內壓強增大，壓強不變說明到達平衡，故A正確；
B．混合氣體總質量不變，容器的容積不變，密度為常數，密度不變不能說明到達平衡，故B錯誤；
C．NO₂為紅棕色氣體，N₂O₄為無色氣體，容器內混合氣體的顏色不隨時間變化而改變，說明二氧化氮的濃度不變，反應到達平衡，故C正確；
D．混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體總物質的量增大，平均相對分子質量減小，平均相對分子質量不變說明到達平衡，故D正確，
故選：B；
（2）反應進行到10min時，參加反應的四氧化二氮為1L×（0.6-0.4）mol/L=0.2mol，共吸收熱量11.38kJ，故反應1molN₂O₄共吸收熱量11.38kJ×5=56.9kJ，故該反應熱化學方程式為：N₂O₄（g）?2NO₂（g），△H=+56.9kJ/mol，
故答案為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+56.9kJ/mol；
（3）平衡時c（NO₂）=0.6mol/L、c（N₂O₄）=0.4mol/L，則平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0．{6}^{2}}{0.4}$=0.9，
故答案為：0.9；
（4）①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W₁＞W₂，故答案為：＞；
②20min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，（4）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．