题目内容

4．将一定量NO2和N2O4的混合气体通入体积为1L的恒温密闭容器中，各物质浓度随时间变化的关系如图1所示．

请回答：
（1）下列选项中不能说明该反应已达到平衡状态的是B（填选项字母）．
A．容器内混合气体的压强不随时间变化而改变
B．容器内混合气体的密度不随时间变化而改变
C．容器内混合气体的颜色不随时间变化而改变
D．容器内混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而改变
（2）反应进行到10min时，共吸收热量11.38kJ，则该反应的热化学方程式为N2O4（g）?2NO2（g）△H=+56.9kJ/mol；
（3）计算该反应的平衡常数K=0.9．
（4）反应进行到20min时，再向容器内充入一定量NO2，10min后达到新的平衡，此时测得c（NO2）=0.9
mol/L．
①第一次平衡时混合气体中NO2的体积分数为w1，达到新平衡后混合气体中NO2的体积分数为w2，则w1＞w2（填“＞”、“=”或“＜”）；
②请在图2中画出20min后各物质的浓度随时间变化的曲线（曲线上必须标出“X”和“Y”）．

分析 由图1可知，X、Y的浓度变化量之比为2：1，则X为NO2、Y为N2O4，发生反应：N2O4（g）?2NO2（g）．
（1）A．随反应进行混合气体总物质的量增大，恒温恒容下，容器内压强增大，压强不变说明到达平衡；
B．混合气体总质量不变，容器的容积不变，密度始终不变；
C．容器内混合气体的颜色不随时间变化而改变，说明二氧化氮的浓度不变；
D．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体总物质的量增大，平均相对分子质量减小，平均相对分子质量不变说明到达平衡；
（2）反应进行到10min时，参加反应的四氧化二氮为1L×（0.6-0.4）mol/L=0.2mol，共吸收热量11.38kJ，故反应1molN2O4共吸收热量11.38kJ×5=56.9kJ，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（3）平衡时c（NO2）=0.6mol/L、c（N2O4）=0.4mol/L，代入K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$计算；
（4）①恒温恒容下，再充入一定量NO2，等效为增大压强，平衡逆向移动；
②20min时瞬间c（NO2）增大，c（N2O4）不变，而后平衡向逆反应方向移动，c（NO2）减小，c（N2O4）增大，10min后达到新的平衡，此时测得c（NO2）=0.9mol/L，根据平衡常数计算平衡时c（N2O4），据此作图．

解答 解：由图1可知，X、Y的浓度变化量之比为2：1，则X为NO2、Y为N2O4，发生反应：N2O4（g）?2NO2（g）．
（1）A．随反应进行混合气体总物质的量增大，恒温恒容下，容器内压强增大，压强不变说明到达平衡，故A正确；
B．混合气体总质量不变，容器的容积不变，密度为常数，密度不变不能说明到达平衡，故B错误；
C．NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体，容器内混合气体的颜色不随时间变化而改变，说明二氧化氮的浓度不变，反应到达平衡，故C正确；
D．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体总物质的量增大，平均相对分子质量减小，平均相对分子质量不变说明到达平衡，故D正确，
故选：B；
（2）反应进行到10min时，参加反应的四氧化二氮为1L×（0.6-0.4）mol/L=0.2mol，共吸收热量11.38kJ，故反应1molN2O4共吸收热量11.38kJ×5=56.9kJ，故该反应热化学方程式为：N2O4（g）?2NO2（g），△H=+56.9kJ/mol，
故答案为：N2O4（g）?2NO2（g）△H=+56.9kJ/mol；
（3）平衡时c（NO2）=0.6mol/L、c（N2O4）=0.4mol/L，则平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0．{6}^{2}}{0.4}$=0.9，
故答案为：0.9；
（4）①恒温恒容下，再充入一定量NO2，等效为增大压强，平衡逆向移动，新平衡后混合气体中NO2的体积分数减小，故W1＞W2，故答案为：＞；
②20min时瞬间c（NO2）增大，c（N2O4）不变，而后平衡向逆反应方向移动，c（NO2）减小，c（N2O4）增大，10min后达到新的平衡，此时测得c（NO2）=0.9mol/L，由于K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=0.9，则平衡时c（N2O4）=$\frac{0．{9}^{2}}{0.9}$mol/L=0.9mol/L，而X为NO2、Y为N2O4，20min后各物质的浓度随时间变化的曲线为：，故答案为：．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡状态判断、平衡常数等，（4）中作图为易错点，注意再次平衡时各物质的浓度、条件改变瞬间各物质的浓度，难度中等．

练习册系列答案
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B．把50mL碘水和15mL CCl4加入分液漏斗中，并盖好玻璃塞；
C．检验分液漏斗活塞和上口玻璃塞是否漏液；
D．倒转漏斗用力振荡，并不时旋开活塞放气，最后关闭活塞，把分液漏斗放正；
E．放开活塞，用烧杯接收溶液；
F．从分液漏斗上口倒出上层水溶液；
G．将漏斗上口的玻璃塞打开，或使溶液上的凹槽或小孔对准漏斗口上的小孔；
H．静置、分层．
就此实验，完成下列填空：
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C→B→D→A→G→H→E→F．
（2）上述E步骤的操作中应注意使漏斗下端管口紧靠烧杯内壁，及时关闭活塞，不要让上层液体流出．上述G步骤操作的目的是操作时漏斗里液体能够流出．
（3）下列物质不能作为从溴水中萃取溴的溶剂是A．
A．酒精  B．苯（一种有机溶剂，与水互不相溶，密度比水小）    C．汽油．

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