题目内容

氮有多种氧化物,其中N2O5是一种新型硝化剂,其性质和制备收到人们的关注.
(1)一定温度下,在恒容密闭容器中N2O5可发生下列反应:
2N2O5(g)?4NO2(g)+O2(g);△H>0
①反应达到平衡后,若再通入一定量氩气,则N2O5的转化率将______(填“增大”、“减小”、“不变”).
②如表为反应在T1温度下的部分实验数据:
t/s05001000
c(N2O5)/mol?L-15.003.522.48
则500s内N2O5的分解速率为______.
③一定温度下,在2L恒容密闭容器中加入2molN2O5,达到平衡时,气体的压强为原来的
3
2
,(不考虑NO2聚合成N2O4),则N2O5的转化率a1=______,该温度下反应的平衡常数K=______.
(2)如图1所示装置可用于制备N2O5,则N2O5在电解池的______区生成,其电极反应式为______.

(3)如图2:V(NO):V(O2)=3:1.当抽去NO和O2之间的隔板后,NO和O2反应后成NO2,部分NO2聚合成N2O4(N2O4此时为气态).当体系达到平衡后,U形毛细管两端汞面高度差由反应前10cm变为7.1cm.假设温度不变,且隔板及U形毛细管的体积都忽略不计,此时混合气体的平均相对分子质量为______.
(1))①恒温恒容下,通入氮气,反应混合物个组分的浓度不变,平衡不移动,N2O5的转化率不变,
故答案为:不变;
②由图可知,500s内N2O5的浓度变化量为5mol/L-3.52mol/L=1.48mol/L,故N2O5的分解速率为
1.48mol/L
500s
=0.00296 mol?L-1?s-1
故答案为:0.00296 mol?L-1?s-1
③恒温恒容条件下,压强之比等于气体的物质的量之比,即:
P(平衡)
P(初始)
=
n(平衡)
n(初始)
,气体的压强为原来的
3
2
,则说明反应后气体的物质的量为:2mol×
3
2
=3mol,根据差量法可得:
2N2O5(g)?4NO2(g)+O2(g),△n
2 41 3
2
3
mol
4
3
mol
1
3
mol1mol
则N2O5的转化率a1=
2
3
mol
2mol
×100%≈33.3%;
达到平衡时五氧化二氮的浓度为:
2mol-
2
3
mol
2L
=
2
3
mol/L,二氧化氮的浓度为:
4
3
mol
2L
=
2
3
mol/L,氧气的浓度为:
1
3
mol
2L
=
1
6
mol/L,
则该温度下反应的平衡常数K=
c(O2)?c(NO2)4
c(N2O5)2
=
(
1
6
)×(
2
3
)
4
(
2
3
)2
=
2
27

故答案为:33.3%;
2
27

(2)从电解原理来看,N2O4制备N2O5为氧化反应,则N2O5应在阳极区生成,电极反应式为:N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+
故答案为:阳极;N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+
(3)设反应前NO为3 mol,O2为1 mol,NO2转化率为x
则:2NO+O2 =2NO2
2 1 2
2mol 1mol 2mol
平衡时二氧化氮的物质的量为2x,
则:2NO2 ?N2O4
反应前:2mol 0
转化:2xmol xmol
平衡时:2(1-x)molxmol
平衡时气体的总物质的量为:n(NO)+n(NO2)+n(N2O4)=1mol+2mol-2xmol+xmol=(3-x)mol,
所以T、V恒定时,
P(平衡)
P(初始)
=
n(平衡)
n(初始)

3-x
4
=
7.1
10

解得:x=0.16,平衡时气体的总物质的量为:3mol-0.16mol=2.86mol,
所以混合气体的平均相对分子质量为:
30×3+32×1
2.86
≈42.9,
故答案为:42.9.
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