Question

2．在80℃时，将0.4mol的四氧化二氮气体充入2L已抽空的固定容积的密闭容器中，隔一段时间对该容器内的物质进行分析，得到如下数据：

时间（s） C（mol/L）	0	20	40	60	80	100
C（N2O4）	0.20	a	0.10	c	d	e
C（NO2）	0.00	0.12	b	0.22	0.22	0.22

反应进行至100s后将反应混合物的温度降低，发现气体的颜色变浅．
（1）该反应的化学方程式为N₂O₄?2NO₂，表中b＞c（填“＜”、“=”或“＞”）．
（2）0～20s内N₂O₄的平均反应速率为0.003mol/（L•s）．
（3）该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$，在80℃时该反应的平衡常数K值为0.54（保留2位小数）．

Answer 1

分析 （1）依据反应条件分析判断，结合化学平衡的三段式列式计算分析比较；
（2）化学平衡的三段式列式计算，结合化学反应速率概念计算0～20s内N₂O₄的平均反应速率；
（3）依据化学方程式和平衡常数概念写出平衡常数表达式，依据80°C平衡状态下结合三段式列式计算平衡浓度计算平衡常数．

解答 解：（1）将0.4mol的四氧化二氮气体充入2L已抽空的固定容积的密闭容器中，反应的化学方程式为：N₂O₄?2NO₂，隔一段时间对该容器内的物质进行分析，得到如下数据：反应进行至100s后将反应混合物的温度降低，发现气体的颜色变浅，说明反应逆向进行，逆向是放热反应，正向是吸热反应；依据化学平衡三段式列式计算分析判断，进行到40S和进行到60S时：
                  N₂O₄?2NO₂ 
起始量（mol）  0.4    0
变化量（mol） 0.2   0.4
40S末（mol）  0.2    0.4
得到b=0.2mol/L；
进行到60S和进行到60S时：
                 N₂O₄?2NO₂ 
起始量（mol）  0.4    0
变化量（mol） 0.22    0.44
60S末（mol）  0.18    0.44
c=0.18 mol/L  
计算比较可知b＞c；
故答案为：N₂O₄?2NO₂；＞；
（2）进行到20s；
                    N₂O₄?2NO₂ 
起始量（mol）  0.4    0
变化量（mol） 0.12   0.24
20s末（mol）  0.28  0.24
0～20s内N₂O₄的平均反应速率=$\frac{\frac{0.12mol}{2L}}{20s}$=0.003mol/（L•s）；
故答案为：0.003mol/（L•s）；
（3）N₂O₄?2NO₂，该反应的平衡常数为：K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$；
80°C平衡状态和60s是相同平衡状态，平衡浓度c（NO₂）=0.22mol/L，c（N₂O₄）=0.09mol/L；
平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0.2{2}^{2}}{0.09}$=0.54mol/L；
故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$；0.54．

点评 本题考查了化学平衡的计算，题目难度中等，注意掌握化学平衡及其影响，明确三段式在化学平衡计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．