Question

氮可形成多种氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等。已知NO₂和N₂O₄的结构式分别是和。实验测得N－N键键能为167kJ·mol^－1， NO₂中氮氧键的平均键能为466 kJ·mol^－1，N₂O₄中氮氧键的平均键能为438.5 kJ·mol^－1。
（1）写出N₂O₄转化为NO₂的热化学方程式：                             
（2）对反应N₂O₄(g)2NO₂(g)，在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是            

A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
C．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
（3）在100℃时，将0.40mol的NO₂气体充入2 L抽空的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如下表数据：

时间（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在上述条件下，从反应开始直至20 s时，二氧化氮的平均反应速率为        
②n₃     n₄（填“>”、“<”或“=”），该反应的平衡常数K的值为             ，升高温度后，反应2NO₂N₂O₄的平衡常数K将      （填“增大”、“减小”或“不变”）。
③若在相同情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，N₂O₄的起始浓度是_____________mol·L^－1。

Answer 1

（1）N₂O₄(g)2NO₂(g) ΔH＝＋57 kJ·mol^－1（3分）
（2）D（2分） （3）①0.0025mol·(L·s)^-1 （3分）
②=（1分），K＝2.8（2分），减小（1分）
③0.10（2分）

解析试题分析：（1）由方程式N₂O₄2NO₂，旧键断裂时吸收的热量：167kJ/mol+438.5kJ/mol×4="1921" kJ/mol,形成新键时放出的热量为2×2×466 kJ/mol="1864" kJ/mol，确定该反应吸热，ΔH为＋57 kJ·mol^－1；
（2）根据图像，A、C点的温度相同，C点的压强大于A点压强，所以速率C>A;B点温度高、而压强小，C点温度低、而压强大，无法比较气体的平均相对分子质量；C项当容器被压缩时C点的颜色深；D项正确。
（3）结合表中N₂O₄的物质的量的变化，可求得二氧化氮的反应速率为0.0025mol·(L·s)^-1；当60s和80s时N₂O₄的物质的量不变，确定已达平衡，所以n₃=n_4；，并求得平衡常数K为2.8，而且反应吸热，当升高温度时，平衡逆向移动，平衡常数K减小；
N₂O₄2NO₂达平衡时两者的浓度分别为
0.04mol/L      0.12mol/L      假设向容器中冲入N₂O₄的起始浓度为x
起始(mol/L)       x         0             
变化(mol/L)        a         2a
平衡(mol/L)       0.04       0.12      2a=0.12，a=0.06，所以x=0.1
考点：化学反应中的能量变化、化学平衡的影响因素、化学平衡常数、等效平衡。