Question

13．在373k時把11.5g N₂O₄氣體通入體積為500ml的真空容器中，立即出現紅棕色．反應進行到2 s 時，NO₂的含量為0.01 mol．進行到60 s 時達到平衡，此容器內混合氣體的密度是氫氣密度的28.75倍，則
（1）開始2 s內以N₂O₄表示的化學反應速率為多少？
（2）達到平衡時，體系的壓強為開始的多少倍？
（3）達到平衡時，體系中N₂O₄的物質的量為多少？
（4）N₂O₄的平衡轉化率為多少？

Answer 1

分析 11.5g N₂O₄氣體物質的量=$\frac{11.5g}{92g/mol}$=0.125mol，
（1）由N₂O₄?2NO₂，反應進行到2s時，NO₂含量為0.01mol，則N₂O₄減少0.005mol，結合v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率；
（2）60s時達到平衡，此時容器內混合氣體密度是氫氣密度的28.75倍，則混合氣體的平均摩爾質量為28.75×2=57.5g/mol，
          N₂O₄?2NO₂，
開始0.125        0
轉化 x    2x
平衡0.125-x  2x
則：$\frac{92g/mol×（0.125mol-x）mol+46g/nol×2xmol}{0.125mol-x+2x}$=57.5g/mol，
解得x=0.075mol，根據壓強之比等于物質的量之比計算；
（3）根據（2）可知平衡時體系中N₂O₄的物質的量；
（4）根據轉化率=$\frac{反應消耗的物質的量}{反應前總物質的量}$×100%計算．

解答 解：11.5g N₂O₄氣體物質的量=$\frac{11.5g}{92g/mol}$=0.125mol，
（1）由N₂O₄?2NO₂，反應進行到2s時，NO₂含量為0.01mol，則N₂O₄減少0.005mol，由v=$\frac{\frac{0.005\\;mol}{0.5L}}{2s}$=0.005 mol•L^-1•s^-1，
答：開始2s內以N₂O₄表示的反應速率為0.005 mol•L^-1•s^-1；
（2）60s時達到平衡，此時容器內混合氣體密度是氫氣密度的28.75倍，則混合氣體的平均摩爾質量為28.75×2=57.5g/mol，
                 N₂O₄ ?2NO₂，
開始（mol）0.125        0
轉化（mol） x            2x
平衡（mol）0.125-x    2x
則$\frac{92g/mol×（0.125mol-x）mol+46g/nol×2xmol}{0.125mol-x+2x}$=57.5g/mol，
解得：x=0.075mol，
開始總物質的量為0.125mol，平衡時總物質的量為0.125+0.075=0.2mol，
由壓強之比等于物質的量之比可知，達平衡時體系的壓強是開始時的$\frac{0.2mol}{0.125mol}$=1.6倍，
答：達平衡時體系的壓強是開始時的1.6倍；
（3）由（2）的計算可知，達到平衡時，體系中N₂O₄的物質的量為：0.125mol-0.075mol=0.05mol，
答：達到平衡時，體系中N₂O₄的物質的量為0.05mol；
（4）則N₂O₄的平衡轉化率為：$\frac{0.075mol}{0.125mol}$×100%=60%，
答：N₂O₄的平衡轉化率為60%．

點評 本題考查化學平衡及化學反應速率的計算，題目難度中等，明確信息中的平均摩爾質量的計算是解答的關鍵，并熟悉化學反應速率的計算式及化學平衡三段法計算即可解答．