Question

17．氮有不同价态的氧化物，如NO、N₂O₃、NO₂、N₂O₅等，它们在一定条件下可以相互转化．
（1）己知：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H₁=-113kJ•mol^-1
NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H₂=-199kJ•mol^-1
4NO₂（g）+O₂（g）═2N₂O₅（g）△H₄=-57kJ•mol^-1
则反应6NO₂ （g）+O₃（g）═3N₂O₅（g）△H=-228kJ•mol^-1．
（2）某温度下，在一体积可变的密闭容器中充入1mol N₂O₃，发生反应N₂O₃（g）?NO₂（g）+NO（g）
达到平衡后，于t₁时刻改变某一条件后，速率与时间的变化图象如图1所示，有关说法正确的是C

A．t₁时刻改变的条件是增大N₂O₃的浓度，同时减小NO₂或NO的浓度
B．t₁时刻改变条件后，平衡向正反应方向移动，N₂O₃的转化率增大
C．在t₂时刻达到新的平衡后，NO₂的百分含量不变
D．若t₁时刻将容器的体积缩小至原容器的一半，则速率～时间图象与上图相同
（3）在1000K下，在某恒容容器中发生下列反应：2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g），将一定量的NO₂放入恒容密闭容器中，测得其平衡转化率α（NO₂）随温度变化如图2所示．图中a点对应温度下，已知NO₂的起始压强p₀为120kPa，列式计算该温度下反应的平衡常数K_p=81（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．
（4）对于反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），在一定条件下N₂O₄与NO₂的消耗速率与自身压强间存在关系：v（N₂O₄）=k₁•p（N₂O₄），v（NO₂）=k₂•p²（NO₂）．其中，k_l、k₂是与反应及温度有关的常数．相应的速率～压强关系如图3所示．一定温度下，k_l、k₂与平衡常数K_p的关系是k_l=$\frac{1}{2}$K₂•K_p，在如图标出的点中，指出能表示反应达到平衡状态的点B点与D点，理由是满足平衡条件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）．．

Answer 1

分析 （1）①2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H₁=-113kJ•mol^-1
②NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H₂=-199kJ•mol^-1
③4NO₂（g）+O₂（g）═2N₂O₅（g）△H₄=-57kJ•mol^-1
将方程式②+③×$\frac{3}{2}$-①×$\frac{1}{2}$得6NO₂ （g）+O₃（g）═3N₂O₅（g），据此计算焓变；
（2）根据速率与时间的变化图象可知，t₁时刻改变某一条件后，反应N₂O₃（g）?NO₂（g）+NO（g）正反应速率增大，逆反应速率减小，又该反应为体积可变的容器，所以根据图象中最后达到平衡的速率和之前速率相同，可知应该是恒压条件下充入反应物，据此分析判断；
（3）图中a点对应温度下，NO₂的转化率是0.6，设原来NO₂的物质的量为xmol，转化的物质的量为0.6xmol，
   2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g），
开始  x              0              0
转化0.6xmol     0.6xmol     0.3xmol
平衡0.4xmol     0.6xmol     0.3xmol
则混合气体的物质的量=0.4xmol+0.6xmol+0.3xmol=1.3xmol，相同条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，所以反应后压强=$\frac{120kPa}{xmol}$×1.3xmol=156KPa，NO₂的分压=156KPa×$\frac{0.4xmol}{1.3xmol}$=48KPa，
NO的分压=156KPa×$\frac{0.6xmol}{1.3xmol}$=72KPa，
O₂的分压=156KPa×$\frac{0.3xmol}{1.3xmol}$=36KPa
根据该温度下反应的平衡常数K_p=$\frac{p（O{\;}_{2}）p（NO）{\;}^{2}}{p（NO{\;}_{2}）{\;}^{2}}$计算；
（4）根据化学平衡常数Kp=$\frac{[p（NO{\;}_{2}）]{\;}^{2}}{p（N{\;}_{2}O{\;}_{4}）}$及二者的反应速率之比等于其计量数之比推断；满足平衡条件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）即为平衡点．

解答 解：（1）①2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H₁=-113kJ•mol^-1
②NO（g）+O₃（g）═NO₂（g）+O₂（g）△H₂=-199kJ•mol^-1
③4NO₂（g）+O₂（g）═2N₂O₅（g）△H₄=-57kJ•mol^-1
将方程式②+③×$\frac{3}{2}$-①×$\frac{1}{2}$得6NO₂ （g）+O₃（g）═3N₂O₅（g），△H=-199kJ•mol^-1-57kJ•mol^-1×$\frac{3}{2}$+113kJ•mol^-1×$\frac{1}{2}$=-228kJ•mol^-1，
故答案为：-228kJ•mol^-1；
（2）A．该反应为体积可变的容器，所以根据图象中最后达到平衡的速率和之前速率相同，可知改变的条件应该是恒压条件下充入反应物，故A错误；
B．改变的条件应该是恒压条件下充入反应物，等效平衡，故平衡时反应物转化率不变，故B错误；
C．改变的条件应该是恒压条件下充入反应物，等效平衡，故平衡时二氧化氮体积分数不变，故C正确；
D．若t₁时刻将容器的体积缩小至原容器的一半，则压强增大，正逆反应速率都增大，所以速率～时间图象与上图不同，故D错误；
故选：C；
（3）图中a点对应温度下，NO₂的转化率是0.6，设原来NO₂的物质的量为xmol，转化的物质的量为0.6xmol，
   2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g），
开始  x              0              0
转化0.6xmol     0.6xmol     0.3xmol
平衡0.4xmol     0.6xmol     0.3xmol
则混合气体的物质的量=0.4xmol+0.6xmol+0.3xmol=1.3xmol，相同条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，所以反应后压强=$\frac{120kPa}{xmol}$×1.3xmol=156KPa，NO₂的分压=156KPa×$\frac{0.4xmol}{1.3xmol}$=48KPa，
NO的分压=156KPa×$\frac{0.6xmol}{1.3xmol}$=72KPa，
O₂的分压=156KPa×$\frac{0.3xmol}{1.3xmol}$=36KPa
化学平衡常数K_p=$\frac{p（O{\;}_{2}）p（NO）{\;}^{2}}{p（NO{\;}_{2}）{\;}^{2}}$=$\frac{36×72{\;}^{2}}{48{\;}^{2}}$=81，
故答案为：81；
（4）反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），则化学平衡常数Kp=$\frac{[p（NO{\;}_{2}）]{\;}^{2}}{p（N{\;}_{2}O{\;}_{4}）}$，二者的反应速率之比等于其计量数之比，
则υ（NO₂）：υ（N₂O₄）=k₂•p²（NO₂）：k₁•p（N₂O₄）=2：1，又化学平衡常数Kp=$\frac{[p（NO{\;}_{2}）]{\;}^{2}}{p（N{\;}_{2}O{\;}_{4}）}$，
所以K₁=$\frac{1}{2}$K₂•K_p，
满足平衡条件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）即为平衡点，B、D点的压强之比等于其反应速率之比为1：2，所以B、D为平衡点，
故答案为：$\frac{1}{2}$K₂•K_p；B点与D点；满足平衡条件υ（NO₂）=2υ（N₂O₄）．

点评 本题考查化学平衡有关计算，为高频考点，涉及平衡计算、盖斯定律等知识点，侧重考查学生分析计算及获取信息解答问题能力，难点是（3）题平衡常数的计算，注意分压的计算方法，题目难度中等．