Question

3．100℃时，若将0.100mol N₂O₄气体放入1L密闭容器中，发生反应N₂O₄?2NO₂，c（N₂O₄）随时间的变化如表所示．回答下列问题：

时间/s	0	20	40	60	80	100
c（N2O4）/（mol•L-1）	0.100	0.070	0.050	0.040	0.040	0.040

（1）在0～40s时段，化学反应速率v（NO₂）为0.0025mol•L^-1•s^-1；
此温度下的化学平衡常数K为0.36．
（2）下列能说明该反应达到平衡状态的是BD
A.2v（N₂O₄）=v（NO₂）
B．体系的颜色不再改变
C．混合气体的密度不再改变
D．混合气体的压强不再改变
（3）该反应达到平衡后，降温至50℃，c（N₂O₄）变为0.080mol•L^-1，混合气体的颜色变浅（填“深”或“浅”），该反应的正反应为吸热反应（填“吸热”或“放热”），判断的理由是降低温度平衡向放热反应方向移动，降低温度c（N₂O₄）浓度增大，平衡逆向移动．
（4）该反应达平衡后，若只改变一个条件，达新平衡时，下列能使NO₂的体积分数增大的是：BC
A．充入一定量的NO₂                      
B．增大容器的容积
C．分离出一定量的NO₂                    
D．充入一定量的N₂
（5）100℃时，若将9.2gNO₂和N₂O₄气体放入1L密闭容器中，某时刻测得容器内气体的平均相对分子质量为50，则此时v_正（N₂O₄）＜v_逆（N₂O₄）．（填“＞”、“=”或“＜”）

Answer 1

分析 （1）由表可知，0～40s时间内N₂O₄的浓度由0.10mol/L减小为0.050mol/L，以此计算其反应速率，再利用反应速率之比等于化学计量数之比计算NO₂的反应速率；平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（2）根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（3）降低温度平衡向放热反应移动；平衡时，c（N₂O₄）=0.040mol/L，降温至50℃，c（N₂O₄）变为0.080mol•L^-1，说明该反应的正反应为吸热反应；
（4）依据化学平衡原理分析改变条件增大NO₂的体积分数的选项；
（5）根据平均分子量=$\frac{气体总质量}{气体总的物质的量}$计算分析；

解答 解：（1）由表可知，0～40s时间内N₂O₄的浓度由0.10mol/L减小为0.050mol/L，则其反应速率为V（N₂O₄）=$\frac{△C}{△t}$=$\frac{0.10mol/L-0.05mol/L}{40s}$=0.00125mol/（L•s），由反应速率之比等于化学计量数之比，则NO₂的反应速率为V（NO₂）=0.00125mol/（L．s）×2=0.0025mol/（L．s），60S时，N₂O₄的浓度不再变化，说明已达平衡，平衡时，c（N₂O₄）=0.040mol/L，1L密闭容器n（N₂O₄）=0.040mol，反应消耗n（N₂O₄）=0.1mol-0.040mol=0.06mol，N₂O₄?2NO₂，此时，n（NO₂）=0.12mol，c（NO₂）=0.12mol/L，
平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，则K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.04}$=0.36，
故答案为：0.0025；0.36；
（2）N₂O₄（无色）?2NO₂（红棕色）在1L密闭容器中进行，
A.2v（N₂O₄）=v（NO₂），NO₂的反应速率是N₂O₄的反应速率的2倍，未体现正与逆的关系，故A错误；
B．体系的颜色不再改变，说明二氧化氮的浓度不变，正逆反应速率相等，故B正确；
C．无论是否反应，体系的混合气体的总质量不变，密度不变，未体现正与逆的关系，故C错误；
D．该反应正反应为体积增大的反应，混合气体的压强不再改变，说明气体的物质的量不变，正逆反应速率相等，故D正确；
故答案为：BD；
（3）平衡时，c（N₂O₄）=0.040mol/L，降温至50℃，c（N₂O₄）变为0.080mol•L^-1，N₂O₄（无色）?2NO₂（红棕色）说明平衡逆向移动，所以混合气体的颜色变浅，降低温度平衡向放热反应方向移动，说明该反应的正反应为吸热反应，
故答案为：浅；吸热；降低温度平衡向放热反应方向移动，降低温度c（N₂O₄）浓度增大，平衡逆向移动；
（4）N₂O₄（无色）?2NO₂（红棕色）在1L密闭容器中进行，使NO₂的体积分数增大，需平衡向正反应方向移动，
A．充入一定量的NO₂，c（NO₂）增大，平衡向逆反应方向移动，达新平衡时，则NO₂的体积分数减小，故A错误；
B．增大容器的容积，各组分浓度均减小，但平衡向体积增大的方向移动，即正向移动，NO₂的体积分数增大，故B正确；
C．分离出一定量的NO₂，平衡正向进行，达新平衡时，下列能使NO₂的体积分数增大，故C正确；
D．充入一定量的N₂，总压增大，气体分压不变，不会引起化学平衡的移动，二氧化氮浓度不变，故D错误；
故答案为：BC；
（5）100℃时，将0.100mol N₂O₄气体放入1L密闭容器中，平衡时，n（N₂O₄）=0.040mol，n（NO₂）=0.12mol，平均分子量=$\frac{气体总质量}{气体总的物质的量}$=$\frac{0.1mol×92g/mol}{0.04mol+0.12mol}$=57.5g/mol，将9.2gNO₂和N₂O₄气体放入1L密闭容器中，某时刻测得容器内气体的平均相对分子质量为50，说明反应需向体积缩小的方向进行，即v_正（N₂O₄）＜v_逆（N₂O₄），
故答案为：＜．

点评 本题考查反应速率及平衡常数的计算以及化学平衡的有关知识，把握影响化学平衡移动的因素是解答的关键，题目难度中等．