Question

如图装置中，容器甲内充入0.1mol NO气体，干燥管内装有一定量Na₂O₂，从A处缓慢通入CO₂气体．恒温下，容器甲中活塞缓慢由D向左移动，当移至C处时容器体积缩小至最小，为原体积的，随着CO₂的继续通入，活塞又逐渐向右移动．（不考虑活塞的磨擦）
已知：2Na₂O₂+2CO₂→2Na₂CO₃+O₂
（1）已知当活塞移至C处时，干燥管中物质的质量增加了2.24g．
①此时，通入标准状况下的CO₂气体多少L？
②容器甲中NO₂转化为N₂O₄的转化率是多少？
③活塞移至C处后，继续通入a mol CO₂，此时活塞恰好回至D处．则a值必______0.01（填大于、小于、等于），其理由是______．
（2）若改变干燥管中Na₂O₂的量，要通过调节甲容器的温度及通入的量CO₂，使活塞发生从D到C，又从C到D的移动，则Na₂O₂的质量最小值应大于______g．

Answer 1

解：（1）①设通入标准状况下CO₂气体的体积为x，产生氧气的体积为y，则：
2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂ 质量装置△m
2×22.4 L 22.4 L 56 g
x y 2.24 g
所以56 g：2.24g=2×22.4 L：x，解得x=1.792L，
56 g：2.24g=22.4 L：y，解得y=0.896L，
答：通入标准状况下的CO₂气体1.792L．
②由①计算可知，生成氧气的物质的量n（O₂）==0.04mol，
2NO+O₂=2NO₂
2 1 2
0.08mol 0.04 mol 0.08 mol
0.1 mol＞0.08 mol，所以NO过量，生成NO₂的物质的量为0.08 mol．
所以2NO₂?N₂O₄ 物质的量减少△n
2 1 1
0.02 mol 0.1 mol×（1-）=0.01mol
所以NO₂转化为N₂O₄的转化率为×100%=25%，
答：NO₂转化为N₂O₄的转化率为25%．
③活塞移至C，体积不会再减少，则干燥管中Na₂O₂已反应完，活塞由C向D移动，体积扩大，2NO₂?N₂O₄平衡左移，使二者物质的量增多，活塞移至D时，气体物质的量共增加0.01 mol，因此所需CO₂必小于0.01 mol，
故答案为：小于；活塞移至C，体积不会再减少，则干燥管中Na₂O₂已反应完，活塞由C向D移动，体积扩大，2NO₂?N₂O₄平衡左移，使二者物质的量增多，活塞移至D时，气体物质的量共增加0.01 mol，因此所需CO₂必小于0.01 mol；
（2）实现从D→C的移动，只能通过降温使2NO₂?N₂O₄的平衡向右移动（此反应为放热反应）．
即降温时 2NO₂?N₂O₄ 物质的量减少△n
2 1 1
0.02 mol 0.1 mol×（1-）
即容器中至少应有0.02 mol的NO₂，
根据转化关系式可知：2Na₂O₂→O₂→2NO→2NO₂，至少需要Na₂O₂0.02 mol，所以其质量最小值为0.02 mol×78 g/mol=1.56 g．
故答案为：1.56g．
分析：（1）①干燥管内质量增重，由于发生反应2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂，利用差量法计算参加反应的二氧化碳的体积；
②容器甲中发生反应2NO+O₂=2NO₂，2NO₂?N₂O₄，根据①计算生成氧气的体积，进而计算n（O₂），根据过量计算，判断氧气与NO反应生成的二氧化氮的物质的量，此过程容器甲的体积不变，此后由于发生反应2NO₂?N₂O₄，甲容器的体积减小，根据体积变化，判断混合气体物质的量减少量，根据差量法计算参加反应的二氧化氮的物质的量，再根据转化率定义计算；
③活塞移至C，体积不会再减少，则干燥管中Na₂O₂已反应完，活塞由C向D移动，体积扩大，2NO₂?N₂O₄平衡左移，使二者物质的量增多，活塞移至D时，气体物质的量共增加0.01 mol，因此所需CO₂必小于0.01 mol；
（2）实现从D→C的移动，只能通过降温使2NO₂?N₂O₄的平衡向右移动（此反应为放热反应），气体物质的量减少量，根据差量法计算至少含有二氧化氮的物质的量，再根据关系式2Na₂O₂→O₂→2NO→2NO₂，计算过氧化钠的最少物质的量，再根据m=nM计算．
点评：考查NO、CO₂和过氧化钠反应的有关计算与判断，试题综合性强，过程复杂，计算量很大，难度很大，为易错题目，该题是高考中的常见考点和题型，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，有利于培养学生的逻辑推理能力和发散思维能力，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练．