Question

4．100℃时，若将0.100mol N₂O₄气体充入1L恒容密闭容器中达平衡时，发生反应：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0．c （NO₂）和c（N₂O₄）随时间（0～100s）变化如图1，NO₂和N₂O₄的生成速率与其浓度的关系如图2．

（1）图1中100～120s时段，化学反应速率v（NO₂）=0.002mol/（L•s）；（下列能说明该反应达到平衡状态的是cd（填字母）．
a．2v（N₂O₄）=v（NO₂）b．混合气体的密度不再改变
c．体系的颜色不再改变d．混合气体的压强不再改变
（2）根据图1中有关数据，计算100℃时该反应的平衡常数K₁=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0.1{2}^{2}}{0.04}$=0.36mol/L（列式并计算）．
（3）若100℃时达平衡后，改变反应温度为T，c （NO₂）以0.0020mol•L^-1•s^-1的平均速率升高，经半分钟又达到平衡．
①则T＞100℃（填“＞”、“＜”或“=”），温度为T时反应的平衡常数K₂=3.24mol/L．
②温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积增大一倍，N₂O₄的转化率增大（填“增大”“减小”“不变”），判断理由是体积增大，压强减小，其它条件不变的，平衡向右移动，N₂O₄的转化率增大．
（4）图2中，A点时该反应所处的状态为c（填字母）．
a．平衡状态　b．向正反应方向移动   c．向逆反应方向移动　d．无法判断
判断理由是A点的NO₂和N₂O₄的生成速率数值相同，根据计量数的比值可以看出v逆＞v正，平衡向逆反应方向移动．

Answer 1

分析 （1）100℃时，若将0.100mol N₂O₄气体充入1L恒容密闭容器中达平衡时，发生反应：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，图1中100～120s时段，二氧化氮浓度减小0.120mol/L-0.080mol/L=0.040mol/L，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（2）根据图1中有关数据，得到平衡浓度计算100℃时该反应的平衡常数K₁=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$；
（3）①改变反应温度为T，c （NO₂）以0.0020mol•L^-1•s^-1的平均速率升高，说明是升温T＞100℃；这30s内△c（NO₂）=0.0020mol/（L．s）×30s=0.06mol/L，
则再次达到平衡状态时c（NO₂）=（0.120+0.06）mol/L=0.18mol/L，
这30s内△c（N₂O₄）=$\frac{1}{2}$△c（NO₂）=$\frac{1}{2}$×0.06mol/L=0.03mol/L，
平衡时c（N₂O₄）=0.040mol/L-0.03mol/L=0.01mol/L，
化学平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$；
②温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积增大一倍，压强减小，根据反应前后气体体积大小判断化学平衡移动方向；
（4）A点的NO₂和N₂O₄ 的生成速率数值相同，根据计量数的比值分析判断．

解答 解：（1）图1中100～120s时段，二氧化氮浓度减小0.120mol/L-0.080mol/L=0.040mol/L，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.040mol/L}{120s-100s}$=0.002mol/（L•s），
N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，为气体体积增大的吸热反应，
a．速率之比为化学方程式计量数之比为正反应速率之比，2v（N₂O₄）=v（NO₂），不能说明正逆反应速率相同，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；
b．反应前后气体质量和体积不变，混合气体的密度始终不变，密度不再改变不能说明反应达到平衡状态，故b错误；
c．二氧化氮为红棕色气体，四氧化二氮为无色气体，体系的颜色不再改变，说明气体浓度不变，说明反应达到平衡状态，故c正确；
d．反应前后气体压强增大，混合气体的压强不再改变说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故d正确；
故答案为：0.002mol/（L•s）； cd；
（2）根据图1中有关数据，100°C时NO₂平衡浓度0.120mol/L，N₂O₄平衡浓度为0.040mol/L，计算100℃时该反应的平衡常数K₁=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0.1{2}^{2}}{0.04}$=0.36mol/L，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0.1{2}^{2}}{0.04}$=0.36mol/L；
（3）①改变反应温度为T，c （NO₂）以0.0020mol•L^-1•s^-1的平均速率升高，改变条件为升温，即T大于100℃，这30s内△c（NO₂）=0.0020mol/（L．s）×30s=0.06mol/L，
则再次达到平衡状态时c（NO₂）=（0.120+0.06）mol/L=0.18mol/L，
这30s内△c（N₂O₄）=$\frac{1}{2}$△c（NO₂）=$\frac{1}{2}$×0.06mol/L=0.03mol/L，
平衡时c（N₂O₄）=0.040mol/L-0.03mol/L=0.01mol/L，
化学平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0.1{8}^{2}}{0.01}$=3.24mol/L；
故答案为：＞；3.24 mol/L；
②温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积增大一倍，容器中气体压强减小，平衡正向进行，N₂O₄的转化率增大，
故答案为：增大；体积增大，压强减小，其它条件不变的，平衡向右移动，N₂O₄的转化率增大；
（4）A点的NO₂和N₂O₄ 的生成速率数值相同，根据计量数的比值可以看出二氧化氮和四氧化二氮反应速率之比为2：1，则v逆＞v正，平衡向逆反应方向移动，
故答案为：c；   A点的NO₂和N₂O₄ 的生成速率数值相同，根据计量数的比值可以看出v逆＞v正，平衡向逆反应方向移动．

点评 本题考查了化学平衡的计算和外界条件对化学平衡的影响、化学反应速率影响因素和计算、平衡常数计算、图象曲线变化的含义等，题目难度中等，注意化学平衡常数只与温度有关，与其它任何物理量都无关．