Question

6．NO₂和N₂O₄之间发生反应：N₂O₄（g）?2NO₂（g），一定温度下，体积为2L的密闭容器中，各物质的物质的量随时间变化的关系如图1所示，请回答下列问题：

（1）曲线Y（填“X”或“Y”）表示NO₂的物质的量随时间的变化曲线．
（2）在0到1min中内用X表示该反应的速率是0.1mol/（L•min），该反应达最大限度时，Y的转化率60%，反应开始时与反应达平衡状态时的压强之比为14：11
（3）图2为1mol N₂O₄（g）完全转化为2mol NO₂（g）时的能量变化图．在一密闭绝热容器中起始充入2mol NO₂（g），一段时间后反应达平衡状态，容器内温度将升高（升高、降低或不变）；此时混合气体的平均相对分子质量为73.6，则反应中能量的变化值为：-0.75Q．（用含有Q的表达式表示）．
（4）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是：
①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.9kJ•mol^-1
又知③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
则甲醇蒸气完全燃烧生成液态水的热化学方程式为CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.7kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根据图知，1min时△n（X）=（0.7-0.4）mol=0.3mol、△n（Y）=（1.0-0.4）mol=0.6mol，X、Y的计量数之比=0.3mol：0.6mol=1：2；
（2）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（X）；该反应达限度时，消耗的Y为0.6mol，转化率=$\frac{物质的量变化量}{起始物质的量}$×100%；反应开始时与反应达平衡状态时的压强之比等于物质的量之比；
（3）由图2可知1mol N₂O₄（g）完全转化为2mol NO₂（g）时的能量变化图，是吸热反应，所以在一密闭绝热容器中起始充入2mol NO₂（g），转化为四氧化二氮是放热反应，一段时间后反应达平衡状态，容器内温度将升高；
            N₂O₄（g）?2NO₂（g）
初起：0mol            2mol
变化：xmol             2xmol
平衡：xmol             （2-2x）mol
而此时混合气体的平均相对分子质量为73.6，即$\frac{2×46}{2-2x+x}$=73.6，解之得x=0.75mol，1mol N₂O₄（g）完全转化为2mol NO₂（g）吸收热量为Q，则2mol NO₂（g）完全转化为1mol N₂O₄（g）放出热量为Q，而转化为2×0.75mol=1.5mol放出热量为：$\frac{1.5}{2}×Q$=0.75Q；
（4）①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ/mol；
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=-192.9kJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol；
则：（②×3-①×2+③×2）得到CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）依据盖斯定律计算反应热．

解答 解：（1）根据图知，1min时△n（X）=（0.7-0.4）mol=0.3mol、△n（Y）=（1.0-0.4）mol=0.6mol，X、Y的计量数之比=0.3mol：0.6mol=1：2，所以曲线Y表示NO₂的物质的量随时间变化关系曲线，
故答案为：Y；
（2）在0到1min中内用X表示该反应的速率=$\frac{\frac{0.6mol-0.4mol}{2L}}{1min}$=0.1mol/（L•min）；该反应达限度时，Y的转化率=$\frac{0.6mol}{1.0mol}$=60%；反应开始时与反应达平衡状态时的压强之比为1.4mol：1.1mol=14：11，故答案为：0.1mol/（L•min）；60%；14：11；
（3）由图2可知1mol N₂O₄（g）完全转化为2mol NO₂（g）时的能量变化图，是吸热反应，所以在一密闭绝热容器中起始充入2mol NO₂（g），转化为四氧化二氮是放热反应，一段时间后反应达平衡状态，容器内温度将升高；
            N₂O₄（g）?2NO₂（g）
初起：0mol            2mol
变化：xmol             2xmol
平衡：xmol             （2-2x）mol
而此时混合气体的平均相对分子质量为73.6，即$\frac{2×46}{2-2x+x}$=73.6，解之得x=0.75mol，1mol N₂O₄（g）完全转化为2mol NO₂（g）吸收热量为Q，则2mol NO₂（g）完全转化为1mol N₂O₄（g）放出热量为Q，而转化为2×0.75mol=1.5mol放出热量为：$\frac{1.5}{2}×Q$=0.75Q，故答案为：升高；-0.75Q；
（4）①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ/mol；
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=-192.9kJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol；
则：（②×3-①×2+③×2）得到CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）依据盖斯定律得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.7kJ/mol；故答案为：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.7kJ/mol．

点评 本题考查化学平衡有关计算和热化学方程式的书写，侧重考查学生分析计算能力，学生明确盖斯定律计算反应热方法及热化学方程式书写注意问题是解题关键，题目难度不大．