Question

16．氮可形成多种气态氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．已知NO₂和N₂O₄的结构式分别是和．实验测得N-N键的键能为167kJ•mol^-1，NO₂中氮氧键的键能为 466kJ•mol^-1，N₂O₄中氮氧键的键能为438.5kJ•mol^-1．
（1）写出N₂O₄转化NO₂为的热化学方程式N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1．
（2）对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），在温度T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图所示．
①A、C两点的反应速率v（A）＜v（C）（填“＞”“=”或“＜”）．
②B、C两点的气体平均相对分子质量M（B）=M（C）（填“＞”、“=”或“＜”）．
③由状态B到达状态A可用的方法是加热．
④A点气体的颜色比C点浅（填“深”、“浅”或“相同”），原因是A点到C点时压强增大，即体积减小，平衡逆移，NO₂的体积分数减小，但平衡时C点c（NO₂）比A点大．
（3）在100℃时，将0.40mol的NO₂气体充入2L的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到下表所示数据．

时间/s	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.05	n2	0.08	0.08

①在上述条件下，从反应开始直至20s时，v（NO₂）=0.0025mol•L^-1•s^-1．
②若在相同的情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，N₂O₄的起始浓度应是0.10 mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）化学反应的反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，注明物质的聚集状态与放热反应书写热化学方程式；
（2）①压强越高，反应速率越快；
②B、C两点的二氧化氮体积分数相同，为等效平衡；
③B的二氧化氮体积分数小于A点，该反应是吸热反应，温度升高，平衡正向移动，二氧化氮的体积分数增大，所以T₂＞T₁；
④A、C点温度相同，C的压强增大，体积缩小，气体颜色加深；
（3）①从反应开始直至20 s时，N₂O₄（g）的物质的量增加0.05mol，则二氧化氮的物质的量减少0.1mol，浓度减少$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO₂）；
②若在相同情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，即为等效平衡状态，则将0.4mol的二氧化氮完全转化为四氧化二氮的物质的量是0.2mol．

解答 解：（1）根据化学反应的反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，所以N₂O₄（g）?2NO₂（g）的反应热△H=438.5 kJ•mol^-1×4+167kJ•mol^-1-466 kJ•mol^-1×4=+57 Kj，•mol^-1，所以N₂O₄转化为NO₂的热化学方程式为：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1，
故答案为：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1；
（2）①C点压强大于A点，所以C点的反应速率快，即：v（A）＜v（C），故答案为：＜；
②B、C两点的二氧化氮体积分数相同，为等效平衡，则气体的平均相对分子质量相同，即：M（B=M（C），故答案为：=；
③B的二氧化氮体积分数小于A点，该反应是吸热反应，温度升高，平衡正向移动，二氧化氮的体积分数增大，所以T₂＞T₁，A、B压强相同，则由状态B到状态A，可以用加热的方法，
故答案为：加热；
④A、C点温度相同，C的压强增大，体积缩小，气体颜色加深，尽管平衡逆向移动，但最终气体的颜色比原平衡时深，则A浅、C深，即：A点气体的颜色比C点浅，
故答案为：浅；A点到C点时压强增大，即体积减小，平衡逆移，NO₂的体积分数减小，但平衡时C点c（NO₂）比A点大；
（3）①在上述条件下，该反应为2NO₂（g）?N₂O₄（g），从反应开始直至20 s时，N₂O₄（g）的物质的量增加0.05mol，则二氧化氮的物质的量减少0.1mol，浓度减少$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L，二氧化氮的平均反应速率为：$\frac{0.05mol/L}{20s}$=0.0025mol•（L•s）^-1，
故答案为：0.0025；
②若在相同情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，即为等效平衡状态，则将0.4mol的二氧化氮完全转化为四氧化二氮的物质的量是0.2mol，则四氧化二氮的起始浓度为：$\frac{0.20mol}{2L}$=0.10mol/L，
故答案为：0.10．

点评 本题考查化学平衡的计算，题目难度中等，涉及化学反应速率、平衡常数的计算、反应热的计算、平衡移动的判断、化学平衡图象、等效平衡的应用等知识，明确化学平衡及其影响为解答关键，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．