Question

14．氮可形成多种氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．已知NO₂和N₂O₄的结构式分别是和．实验测得N-N键键能为167kJ•mol^-1，NO₂中氮氧键的平均键能为466kJ•mol^-1，N₂O₄中氮氧键的平均键能为438.5kJ•mol^-1．
（1）写出N₂O₄转化为NO₂的热化学方程式：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1
（2）对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图所示．下列说法正确的是D
A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
C．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
（3）在100℃时，将0.40mol的NO₂气体充入2L抽空的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如下表数据：

时间（s）	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.050	n2	0.080	0.080

①在上述条件下，从反应开始直至20s时，二氧化氮的平均反应速率为0.0025mol•（L•s）^-1
②n₃=n₄（填“＞”、“＜”或“=”），该反应的平衡常数K的值为2.8，升高温度后，反应2NO₂?N₂O₄的平衡常数K将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）． 
③若在相同情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，N₂O₄的起始浓度是0.10mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）化学反应的反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，注明物质的聚集状态与放热反应书写热化学方程式；
（2）A．压强越高，反应速率越快；
B．B、C两点的二氧化氮体积分数相同，为等效平衡；
C．A、C点温度相同，C的压强增大，体积缩小，气体颜色加深；
D．B的二氧化氮体积分数小于A点，该反应是吸热反应，温度升高，平衡正向移动，二氧化氮的体积分数增大，所以T₂＞T₁；
（3）①从反应开始直至20 s时，N₂O₄（g）的物质的量增加0.05mol，则二氧化氮的物质的量减少0.1mol，浓度减少0.1mol÷2L=0.05mol/L，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO₂）；
②60s和80s时四氧化二氮的物质的量相同，说明反应达到平衡状态，所以二氧化氮的物质的量不变；
四氧化二氮平衡时的浓度为0.08mol÷2L=0.04mol/L，二氧化氮的平衡浓度为0.40mol÷2L-2×0.04mol/L=0.12mol/L，再根据K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$计算平衡常数；
二氧化氮生成四氧化二氮的反应是放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小；
③若在相同情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，即为等效平衡状态，则将0.4mol的二氧化氮完全转化为四氧化二氮的物质的量是0.2mol．

解答 解：（1）根据化学反应的反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，所以N₂O₄（g）?2NO₂（g）的反应热△H=438.5 kJ•mol^-1×4+167kJ•mol^-1-466 kJ•mol^-1×4=+57 Kj，•mol^-1，所以N₂O₄转化为NO₂的热化学方程式为：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1，
故答案为：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1；
（2）A．C点压强大于A点，所以C点的反应速率快，故A错误；
B．B、C两点的二氧化氮体积分数相同，为等效平衡，则气体的平均相对分子质量相同，故B错误；
C．A、C点温度相同，C的压强增大，体积缩小，气体颜色加深，尽管平衡逆向移动，但最终气体的颜色比原平衡时深，则A浅，C深，故C错误；
D．B的二氧化氮体积分数小于A点，该反应是吸热反应，温度升高，平衡正向移动，二氧化氮的体积分数增大，所以T₂＞T₁，A、B压强相同，则由状态B到状态A，可以用加热的方法，故D正确，
故选：D；
（3）①在上述条件下，该反应为2NO₂（g）?N₂O₄（g），从反应开始直至20 s时，N₂O₄（g）的物质的量增加0.05mol，则二氧化氮的物质的量减少0.1mol，浓度减少0.1mol÷2L=0.05mol/L，二氧化氮的平均反应速率为0.05mol/L÷20s=0.0025mol•（L•s）^-1，
故答案为：0.0025mol•（L•s）^-1；
②60s和80s时四氧化二氮的物质的量相同，说明反应达到平衡状态，所以二氧化氮的物质的量不变，则n₃=n₄；四氧化二氮平衡时的浓度为0.08mol÷2L=0.04mol/L，二氧化氮的平衡浓度为0.40mol÷2L-2×0.04mol/L=0.12mol/L，则平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.04}{0.1{2}^{2}}$=2.8；
二氧化氮生成四氧化二氮的反应是放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，
故答案为：=；2.8；减小；
③若在相同情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，即为等效平衡状态，则将0.4mol的二氧化氮完全转化为四氧化二氮的物质的量是0.2mol，则四氧化二氮的起始浓度为0.20mol÷2L=0.10mol/L，
故答案为：0.10．

点评 本题考查反应速率、平衡常数的计算、反应热的计算、平衡移动的判断、化学平衡图象、等效平衡的应用等，难度中等，注意对等效平衡的理解掌握．