题目内容

14．无色气体N204是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一．N204与N02转换的热化学方程式为：N2O4（g）?2NO2（g）△H=+24.4kJ/mol
（1）将一定量N2O4投入固定容积的真空容器中，下述现象能说明反应达到平衡的是bc．
a．v正（N2O4）=2v逆（NO2）    b．体系颜色不变
c．气体平均相对分子质量不变    d．气体密度不变
达到平衡后，保持体积不变升高温度，再次到达平衡时，则混合气体颜色变深（填“变深”、“变浅”或“不变”），判断理由正反应是吸热反应，其他条件不变，温度升高平衡正向移动，c（NO2）增加，颜色加深．
（2）平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示，即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压×物质的量分数（例如：p（NO2）=p总×x（NO2）．写出上述反应平衡常数Kp表达式$\frac{{p}_{总}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$（用p总、各气体物质的量分数x表示）；影响Kp的因素温度．
（3）上述反应中，正反应速率v正=k正．p（N2O4），逆反应速率v逆=k逆．p2（NO2），其中k正、k逆为速率常数，则Kp为$\frac{{K}_{正}}{K逆}$（以k正、k逆表示）．若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解（温度298K、压强100kPa），已知该条件下k正=4.8×l04s-1，当N2O4分解10%时，v正=3.9×106kPa•s-1；
（4）真空密闭容器中放人一定量N2O4，维持总压强p0恒定，在温度为T时，平衡时N204分解百分率为a．保持温度不变，向密闭容器中充人等量N2O4，维持总压强在2p0条件下分解，则N204的平衡分解率的表达式为$\sqrt{\frac{{a}^{2}}{2-{a}^{2}}}$．

分析 （1）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
正反应是吸热反应，其他条件不变，温度升高平衡正向移动，NO2的浓度增大；
（2）由题目信息可知，用某组分（B）的平衡压强（PB）表示平衡常数为：生成物分压的系数次幂乘积与反应物分压系数次幂乘积的比；
平衡常数只受温度温度影响，温度不变，平衡常数不变；
（3）平衡时正逆速率相等，由v正=k正．p（N2O4），v逆=k逆．p2（NO2），联立可得Kp；
根据四氧化二氮的分解率计算各组分物质的量，进而计算四氧化二氮的分压p（N2O4），再根据v正=k正．p（N2O4）计算；
（4）保持温度不变，平衡常数不变，根据平衡常数Kp=$\frac{{[p}_{总}×x（N{O}_{2}）]^{2}}{{p}_{总}×x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{p}_{总}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$计算．

解答 解：（1）a．应是2v正（N2O4）=v逆（NO2） 时反应达到平衡状态，故a错误；
b．体系颜色不变，说明二氧化氮浓度不变，反应到达平衡状态，故b正确；
c．混合气体总质量不变，随反应减小混合气体总物质的量增大，平均相对分子质量减小，当气体平均相对分子质量不变时，反应到达平衡状态，故c正确；
d．混合气体的总质量不变，容器的容积不变，气体密度始终不变，故d错误，
正反应是吸热反应，其他条件不变，温度升高平衡正向移动，c（NO2）增加，颜色加深，
故答案为：bc；变深；正反应是吸热反应，其他条件不变，温度升高平衡正向移动，c（NO2）增加，颜色加深；
（2）由题目信息可知，用某组分（B）的平衡压强（PB）表示平衡常数为：生成物分压的系数次幂乘积与反应物分压系数次幂乘积的比，N2O4（g）?2NO2（g）的平衡常数Kp=$\frac{{[p}_{总}×x（N{O}_{2}）]^{2}}{{p}_{总}×x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{p}_{总}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$，平衡常数只受温度温度影响，温度不变，平衡常数不变，
故答案为：$\frac{{p}_{总}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$；温度；
（3）平衡时正逆速率相等，由v正=k正．p（N2O4），v逆=k逆．p2（NO2），联立可得Kp=$\frac{{K}_{正}}{K逆}$，
当N2O4分解10%时，设投入的N2O4为1mol，转化的N2O4为0.1mol，则：
N2O4（g）?2NO2（g）  物质的量增大△n
1                    2-1=1
0.1mol               0.1mol
故此时p（N2O4）=$\frac{1mol-0.1mol}{1mol+0.1mol}$×100kPa=$\frac{9}{11}$×100kPa，则v正=4.8×l04s-1×$\frac{9}{11}$×100kPa=3.9×106 kPa•s-1；
故答案为：$\frac{{K}_{正}}{K逆}$；3.9×106；
（4）在温度为T时，平衡时N2O4分解百分率为a，设投入的N2O4为1mol，转化的N2O4为amol，则：
            N2O4（g）?2NO2（g）
起始量（mol）：1          0          
变化量（mol）：a          2a
平衡量（mol）：1-a        2a
故x（N2O4）=$\frac{1-a}{1+a}$，x（NO2）=$\frac{2a}{1+a}$，
则平衡常数Kp=$\frac{{[p}_{总}×x（N{O}_{2}）]^{2}}{{p}_{总}×x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{p}_{总}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=p0×$\frac{（\frac{2a}{1+a}）^{2}}{\frac{1-a}{1+a}}$
保持温度不变，平衡常数不变，令N2O4的平衡分解率为y，则：
p0×$\frac{（\frac{2a}{1+a}）^{2}}{\frac{1-a}{1+a}}$=2p0×$\frac{（\frac{2y}{1+y}）^{2}}{\frac{1-y}{1+y}}$，
解得y=$\sqrt{\frac{{a}^{2}}{2-{a}^{2}}}$，
故答案为：$\sqrt{\frac{{a}^{2}}{2-{a}^{2}}}$．

点评 本题考查化学平衡状态判断、化学平衡常数、化学反应速率等，题目涉及字母型计算，为易错题目，侧重考查学生信息获取与知识迁移运用．

练习册系列答案
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请回答：
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（5）丙同学选择该试剂的理由是：CH3COONH4溶液呈中性，不存在甲同学观点中条件，以此确认乙同学的观点是否正确．
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6．钛合金是航天航空工业的重要材料．由钛铁矿（主要成分是TiO2和Fe的氧化物）制备TiO2等产品的一种工艺流程示意如下：

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（3）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末得到固体TiO2•nH2O，请用恰当的原理和化学用语解释其原因溶液中存在水解平衡TiO2++（n+1）H2O?TiO2•nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），促进水解平衡向生成TiO2•nH2O的方向移动，废液中溶质的主要成分是Na2SO4（填化学式）．
（4）用金红石（主要含TiO2）为原料，采用亨特（Hunter）法生产钛的流程如图1：
写出沸腾氯化炉中发生反应的化学方程式TiO2+2C+2Cl2$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$TiCl4+2CO，制得的TiCl4液体中常含有少量SiCl4杂质，可采用蒸馏（或分馏）方法除去．
（5）TiO2直接电解法生产金属钛是一种较先进的方法，电解液为某种可以传导O2-离子的熔融盐，原理如图2所示，则其阴极电极反应为：TiO2+4e-=Ti+2O2-，电解过程中阳极电极上会有气体生成，该气体可能含有O2、CO、CO2．
3．为测定Cl2、Br2的氧化性强弱，设计了如下实验：
（可供选择的试剂有：氯水、溴水、NaCl溶液、NaBr溶液、酒精、四氯化碳）

实验步骤如下，并由上回答下列问题：
（1）2ml试剂是NaBr溶液，加入少量氯水试剂，再加入四氯化碳试剂；
（2）现象是液分层，下层橙红色，上层无色；
（3）实验可证明氧化性Cl2＞Br2，离子反应方程式为：Cl2+2Br-=Br2+2Cl-．
4．只用胶头滴管和试管，不能区别的溶液是（　　）
A．CaCl2和Na2CO3B．稀盐酸和Na[Al（OH）4]C．稀盐酸和Na2CO3D．NaOH和AlCl3

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