Question

物质N₂O₄在一定条件下的定容密闭容器中发生如下反应：N₂O₄（g）?2NO₂（g）
（1）当N₂O₄的起始浓度为0.50mol?L^-1时，实验测得某温度时的平衡转化率（α）是10%．列式计算该温度时上述反应的平衡常数K=

 

（结果保留两位有效数字）．向容器中增加NO₂的量，K值

 

．
（2）一定温度下，随着N₂O₄的起始浓度增大，其平衡转化率

 

（填“增大”、“不变”或“减小”）．下列能够说明上述反应已经达到平衡状态的是

 

．（填写字母）
A．混合气体的颜色不在发生变化    B．N₂O₄和NO₂的分子数之比为1：1
C．混合气体的平均摩尔质量不在发生变化  D．混合气体的质量不在发生变化
（3）实验测得该反应的△H=akJ?mol^-1，E_a=bkJ?mol^-1，下列能量关系图合理的是

 

．

（4）该反应的△S

 

0（填“＞”、“＜”或“=”），在

 

（填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据反应方程式及四氧化二氮的转化率计算出达到平衡时二氧化氮、四氧化二氮的浓度，再根据平衡常数表达式计算出该温度下该反应的平衡常数；温度不变，平衡常数不变；
（2）该反应为体积增大的反应，增大四氧化二氮浓度，相当于压强，平衡向着逆向移动；可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的浓度不再变化，据此对各选项进行判断；
（3）反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）为吸热反应，△H=akJ?mol^-1，则生成物的总能量高akJ；活化能E_a=bkJ?mol^-1，则反应物分子变为活化分子的能量为bkJ?mol^-1，以此来解答．
（4）根据反应方程式判断熵变；△G=△H-T?△S进行判断，如△G＜0，则反应能自发进行，如△G＞0，则不能自发进行．

解答： 解：（1）当N₂O₄的起始浓度为0.50mol?L^-1时，实验测得某温度时的平衡转化率（α）是10%，则达到平衡时N₂O₄的浓度为：c（N₂O₄）=0.5mol/L×（1-10%）=0.45mol，反应消耗的N₂O₄的浓度为：0.05mol/L，根据反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）可知，反应生成的四氧化二氮浓度为：c（NO₂）=0.1mol/L，该温度时该反应的平衡常数K=

0．12

0.45

≈0.022；
平衡常数只受温度影响，温度不变，则平衡常数不变，
故答案为：0.022；不变；
（2）一定温度下，随着N₂O₄的起始浓度增大，增大了压强，该反应是体积增大的反应，则平衡向着逆向移动，四氧化二氮的转化率减小；
A．混合气体的颜色不在发生变化，体现中只有二氧化氮为有色气体，表明二氧化氮浓度不再变化，证明达到了平衡状态，故A正确；    
B．N₂O₄和NO₂的分子数之比为1：1，不能证明各组分的浓度不再变化，无法判断是否达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体质量不变，该反应为气体体积增大的反应，则反应过程中混合气体的平均摩尔质量逐渐减小，当混合气体的平均摩尔质量不在发生变化，说明达到平衡状态，故C正确；  
D．混合气体的质量不在发生变化，反应前后都是气体，所以气体的质量始终不变，无法根据质量变化判断平衡状态，故D错误；
故答案为：减小；AC；
（3）由于可逆反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）为吸热反应，且△H=akJ?mol^-1，则生成物的总能量比反应物总能量大akJ；活化能E_a=bkJ?mol^-1，则反应物分子变为活化分子的能量为bkJ?mol^-1，满足条件的图象为D，
故答案为：D；
（4）反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）为气体体积增大的反应，则△S＞0，该反应为吸热反应，则△H＞0，反应能够自发进行，必须满足△G=△H-T?△S＜0，由于△S＞0、△H＞0，则在较高温度下能够自发进行，
故答案为：＞；较高．

点评：本题考查了化学平衡及其影响因素、化学反应与其能量变化、反应自发进行的判断，题目难度稍大，注意掌握影响化学平衡的因素，明确化学反应中能量变化的情况，能够根据△G=△H-T?△S判断反应能否自发进行．