Question

在体积固定的密闭容器中，进行如下化学反应：N₂O₄（g）2NO₂（g），其化学平衡常数K和温度t的关系如下表：

t /℃	80	100	120
K	1.80	2.76	3.45

 
请回答下列问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式K＝                       。
（2）该反应为           反应（填“吸热”或“放热”）。
（3）判断该反应达到化学平衡状态的依据是               。
A．容器内混合气体密度不变
B．混合气体中c（NO₂）不变
C．0.5mol N₂O_­4分解的同时有1 mol NO₂生成
（4）在80℃时，将2.80molN₂O₄气体充入2L固定容积的密闭容器中，一段时间后对该容器内的物质进行分析，得到如下数据：

	0	20	40	60	80	100
n（N2O4）	2.80	A	2.00	c	d	1.60
n（NO2）	0	0.96	b	2.08	2.40	2.40

 
①b的值为           ；
②N₂O₄的平衡转化率为               ；
③20s～40s内用N₂O₄表示的平均反应速率υ（N₂O₄）＝            。

Answer 1

（1） （1分）     （2） 吸热（2分） （3） B （2分）
（4）①1.60 （2分）  ②42.9% 或0.429（2分）  ③0.008 mol·L^-1·S^-1（2分）

试题分析：（1）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据反应的化学方程式可知，该反应的平衡常数表达式K＝。
（2）根据表中数据可知，随着温度的升高，平衡常数逐渐增大。这说明升高温度平衡向正反应方向移动，因此正方应是吸热反应。
（3）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，据此可以判断。A、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此密度始终是不变，所以容器内混合气体密度不变不能说明反应达到平衡状态，A不正确；B、混合气体中c（NO₂）不变可以说明反应得到平衡状态，B正确；C、根据反应式可知，0.5mol N₂O_­4分解的同时一定有1 mol NO₂生成，所以不能说明反应达到平衡状态，C不正确，答案选B。
（4）①根据表中数据可知，反应进行到20s时NO₂的物质的量是0.96mol所以消耗N₂O₄的物质的量是0.96mol÷2＝0.48mol，则剩余N₂O₄的物质的量＝2.80mol－0.48mol＝2.32mol，即A＝2.32mol。从20s进行到40s消耗N₂O₄的物质的量＝2.32mol－2.00mol＝0.32mol，所以生成NO₂的物质的量＝0.32mol×2＝0.64mol，则b＝0.96mol＋0.64mol＝1.60mol，即b＝1.60mol。
②根据表中数据可知，反应进行到80s时NO₂的物质的量不再发生变化，说明反应达到平衡状态，此时消耗N₂O₄的物质的量＝2.40mol÷2＝1.20mol，所以N₂O₄的转化率＝×100%＝42.9%。
③20s～40s内消耗N₂O₄的浓度＝0.32mol÷2L＝0.16mol/L，所以用N₂O₄表示的平均反应速率υ（N₂O₄）＝0.16mol/L÷20s＝0.008 mol·L^-1·S^-1。