Question

2．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），随温度升高，混合气体的颜色变深．回答下列问题：
（1）反应的△H大于0（填“大于”“小于”）；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示．在0～60s时段，反应速率v（N₂O₄）为0.001mol?L^-1?s^-1，平衡时混合气体中NO₂的体积分数为75%．
（2）100℃时达到平衡后，改变反应温度为T，c（N₂O₄）以0.0020mol?L^-1?s^-1的平均速率降低，经10s又达到平衡．
①T大于100℃（填“大于”“小于”）
②列式计算温度T时反应的平衡常数K=1.28．
（3）温度T时反应达平衡后，向容器中，迅速充入含0.08mol的NO₂和0.08mol N₂O₄ 的混合气体，此时速率关系v（正）大于 v（逆）．（填“大于”，“等于”，或“小于”）

Answer 1

分析 （1）随温度升高，混合气体的颜色变深，说明升高温度平衡正向移动，则正反应为吸热反应；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（N₂O₄），平衡时混合气体中NO₂的体积分数=$\frac{二氧化氮浓度}{混合气体总浓度}$×100%；
（2）①改变温度后，N₂O₄的浓度降低，平衡向正反应方向移动，由于正反应吸热反应，升高温度平衡正向移动；
②平衡时，c（NO₂）=0.120mol•L^-1+0.0020mol•L^-1•s^-1×10s×2=0.16mol•L^-1，c（N₂O₄）=0.040mol•L^-1-0.0020mol•L^-1•s^-1×10s=0.020mol•L^-1，代入平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$计算；
（3）计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行，进而判断v（正）、v（逆）相对大小．

解答 解：（1）随温度的升高，混合气体的颜色变深，说明升高温度平衡正向移动，则正反应为吸热反应，即△H＞0；
0～60s时段，N₂O₄浓度变化为：0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L，v（N₂O₄）=$\frac{0.06mol/L}{60s}$=0.0010mol•L^-1•s^-1；
平衡时混合气体中NO₂的体积分数=$\frac{0.12mol/L}{（0.12+0.04）mol/L}$×100%=75%，
故答案为：大于；0.0010mol•L^-1•s^-1；75%；
（2）①改变温度后，N₂O₄的浓度降低，平衡向正反应方向移动，由于正反应吸热反应，升高温度平衡正向移动，故T＞100℃，故答案为：大于；
②平衡时，c（NO₂）=0.120mol•L^-1+0.0020mol•L^-1•s^-1×10s×2=0.16mol•L^-1，c（N₂O₄）=0.040mol•L^-1-0.0020mol•L^-1•s^-1×10s=0.020mol•L^-1，故K₂=$\frac{0.1{6}^{2}}{0.02}$=1.28，故答案为：1.28；
（3）温度T时反应达平衡后，向容器中，迅速充入含0.08mol的NO₂和0.08mol N₂O₄ 的混合气体，容器体积为1L，则此时浓度商Qc=$\frac{（0.16+0.08）^{2}}{0.02+0.08}$=0.576＜K=1.28，反应向正反应进行，则断v（正）＞v（逆），故答案为：大于．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数及影响因素、化学反应速率的计算等，难度不大，有利于基础知识的巩固．