Question

4．在100℃时，将0.100mol的N₂O₄气体充入1L抽空密闭容器中，发生反应：N₂O₄（g）?2NO₂．
现在隔一定时间对该容器内的物质进行分析，得到如下表格：

t/s c/（mol•L-1）	0	20	40	60	80	100
c（N2O4）/（mol•L-1）	0.100	c1	0.050	c3	a	b
c（NO2）/（mol•L-1）	0	0.060	c2	0.120	0.120	0.120

试回答下列问题：
（1）达到平衡时N₂O₄的转化率为60%，表中c₂＞c₃，a=b（后两空选填＞、＜、=）
（2）20s的N₂O₄的浓度c₁=0.07mol/L在0～20s内N₂O₄的平均反应速率为0.0015mol/（L•s）；
（3）若其他反应条件以及初始物质物质的量不变，将反应的温度降低到80℃时，达到平衡时NO₂的物质的量为0.100mol，那么正反应是吸热反应（选填吸热或放热）
（4）若在相同初始情况下最初向该容器充入的是二氧化氮气体，要达到上述同样的平衡状态，二氧化氮的起始浓度为0.20mol/L．

Answer 1

分析 （1）由表可知，60s时反应达平衡，根据方程式计算△c（N₂O₄），根据转化率计算平衡时N₂O₄的转化率；
根据方程式计算，计算c₂、c₃，据此解答；
60s后反应达平衡，反应混合物各组分的浓度不变．
（2）由△c（NO₂），根据方程式计算△c（N₂O₄），20s的四氧化二氮的浓度=起始浓度-△c（N₂O₄）；
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（N₂O₄）．
（3）80℃时，达到平衡时NO₂的物质的量为0.100mol，说明降低温度后平衡向着逆向移动，据此判断反应热；
（4）达到上述同样的平衡状态，说明两个平衡为等效平衡，按化学计量数换算到N₂O₄一边，满足c（N₂O₄）为0.100mol/L．

解答 解：（1）由表可知，60s时反应达平衡，c（NO₂）=0.120mol/L，根据反应N₂O₄?2NO₂可知，平衡时消耗二氧化氮的浓度为：c（N₂O₄）=0.120mol/L×$\frac{1}{2}$=0.06mol/L，则平衡时N₂O₄的转化率为：$\frac{0.06mol/L}{0.1mol/L}$×100%=60%；
达到平衡时各组分的浓度不再变化，则c₃=a=b=0.1mol/L-0.06mol/L=0.04mol/L；
由表可知，40s时，c（N₂O₄）=0.050mol/L，N₂O₄的浓度变化为：（0.1-0.05）mol/L=0.05mol/L，则c₂=0.05mol/L×2=0.10mol/L，所以c₂＞c₃，
故答案为：60；＞；=；
（2）由表可知，20s时，c（NO₂）=0.060mol/L，则反应消耗 N₂O₄的浓度为0.030mol/L，则20s的四氧化二氮的浓度c₁=0.1mol/L-0.03mol/L=0.07mol/L；
在0s～20s内四氧化二氮的平均反应速率为v（N₂O₄）=$\frac{0.03mol/L}{20s}$=0.0015mol•（L•s）^-1，
故答案为：0.07mol/L；0.0015；
（3）若其他反应条件以及初始物质物质的量不变，将反应的温度降低到80℃时，达到平衡时NO₂的物质的量为0.100mol＜0.120mol/L，说明降低温度后平衡向着放热的逆向移动，则逆向为放热反应，故正反应为吸热反应，
故答案为：吸热；
（4）达到上述同样的平衡状态，为等效平衡，按化学计量数换算到N₂O₄一边，满足c（N₂O₄）为0.100mol/L即可，根据反应N₂O₄ ?2 NO₂可知二氧化氮的浓度应该为：c（NO₂）=2c（N₂O₄）=0.1mol/L×2=0.20mol/L，
故答案为：0.20mol/L．

点评 本题考查化学平衡的有关计算，题目难度中等，涉及化学反应速率、转化率等的计算、等效平衡的应用等知识，注意掌握化学反应速率、转化率的概念及表达式，明确等效平衡的判断方法为解答关键，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．