Question

3．在容积为1.00L的容器中，通入一定量的N₂O₄，发生反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），随温度的升高，混合气体的颜色变深．
回答下列问题：
（1）反应的△H＞0（填“＞”或“＜”）；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示．在0～60s时段，反应速率v（NO₂）为0.002mol•L^-1•s^-1；达到平衡时N₂O₄的转化率为60%．
（2）100℃时达平衡后，改变反应温度为T，c（NO₂）以0.0040mol•L^-1•s^-1的平均速率增加，经10s又达到平衡．
①T＞100℃（填“＞”或“＜”），判断理由是c（NO₂）增大平衡正向移动，正反应为吸热反应，故温度升高．
②计算温度T时反应的平衡常数K=1.28．

Answer 1

分析 （1）随温度的升高，混合气体的颜色变深，平衡向正反应方向移动，据此判断反应热；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算在0～60s时段反应速率v（NO₂）；根据转化率=$\frac{反应消耗的浓度}{初始浓度}$×100%计算达到平衡时N₂O₄的转化率；
（2）①N₂O₄的浓度降低，平衡向正反应方向移动，由于正反应方向吸热，T＞100℃；
②计算出T℃时N₂O₄、NO₂的浓度，然后根据平衡常数的表达式计算出该温度下该反应的平衡常数．

解答 解：（1）随温度的升高，混合气体的颜色变深，化学平衡向正反应方向移动，即△H＞0；
0～60s时段，NO₂浓度变化为：0.12mol/L，v（NO₂）=$\frac{0.12mol/L}{60s}$=0.002mol•L^-1•s^-1；
平衡时N₂O₄的浓度为0.040mol/L，则N₂O₄的转化率为：$\frac{0.10-0.04}{0.1}$×100%=60%，
故答案为：＞；0.002；60%；
（2）①100℃时达平衡后，改变反应温度为T，c（NO₂）以0.0040mol•L^-1•s^-1的平均速率增加，升高温度后平衡向正反应方向移动，由于正反应方向吸热，T＞100℃，
故答案为：＞；c（NO₂）增大平衡正向移动，正反应为吸热反应，故温度升高；
②平衡时，c（NO₂）=0.120mol•L^-1+0.0040mol•L^-1•s^-1×10s=0.16mol•L^-1，c（N₂O₄）=0.040mol•L^-1-0.0040mol•L^-1•s^-1×$\frac{1}{2}$×10s=0.020mol•L^-1，
则温度T时反应的平衡常数为：K=$\frac{（0.016）^{2}}{0.020}$=1.28，
故答案为：1.28．

点评 本题考查了化学平衡常数的计算，题目难度中等，明确图象曲线变化的含义为解答关键，注意掌握化学反应速率、化学平衡常数的概念及表达式，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．