Question

在容积为1.00 L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ΔH________0(填“大于”或“小于”)；100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60 s时段，反应速率v(N₂O₄)为__________mol·L^－1·s^－1，反应的平衡常数K₁为______________。

(2)100 ℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N₂O₄)以0.002 0 mol·L^－1·s^－1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。

①T________100 ℃(填“大于”或“小于”)，判断理由是______________________________。

②列式计算温度T时反应的平衡常数K₂______________。

(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由______________________________________________________                 ___________         _______________。

Answer 1

解析　(1)由题意及图示知，在1.00 L的容器中，通入0.100 mol的N₂O₄，发生反应：N₂O₄(g)2NO₂(g)，随温度升高混合气体的颜色变深，说明反应向生成NO₂的方向移动，即向正反应方向移动，所以正反应为吸热反应，即ΔH>0；由图示知60 s时该反应达到平衡，消耗N₂O₄为0.100 mol·L^－1－0.040 mol·L^－1＝0.060 mol·L^－1，根据v＝可知：v(N₂O₄)＝＝0.001 0 mol·L^－1·s^－1；求平衡常数

可利用三段式：

　　　　　　　　N₂O₄(g)2NO₂(g)

起始量/(mol·L^－1)  0.100      0

转化量/(mol·L^－1)  0.060      0.120

平衡量/(mol·L^－1)  0.040      0.120

K₁＝＝＝0.36 mol·L^－1

(2)100 ℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N₂O₄)降低，说明平衡N₂O₄(g)2NO₂(g)向正反应方向移动，根据勒夏特列原理，温度升高，向吸热反应方向移动，即向正反应方向移动，故T>100 ℃，由c(N₂O₄)以0.002 0 mol·L^－1·s^－1的平均速率降低，经10 s又达到平衡，可知此时消耗N₂O₄ 0.002 0 mol·L^－1·s^－1×10 s＝0.020 mol·L^－1，由三段式：

　　　　　　　　N₂O₄(g)2NO₂(g)

起始量/(mol·L^－1)  0.040  0.120

转化量/(mol·L^－1)  0.020  0.040

平衡量/(mol·L^－1)  0.020  0.160

K₂＝＝≈1.3 mol·L^－1

(3)温度T时反应达到平衡后，将反应容器的容积减少一半，压强增大，平衡会向气体体积减小的方向移动，该反应逆反应为气体体积减小的反应，故平衡向逆反应方向移动。

答案　(1)大于　0.001 0　0.36 mol·L^－1

(2)大于

反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高

平衡时，c(NO₂)＝0.120 mol·L^－1＋0.002 0 mol·L^－1·s^－1×10 s×2＝0.160 mol·L^－1

c(N₂O₄)＝0.040 mol·L^－1－0.002 0 mol·L^－1·s^－1×10 s＝0.020 mol·L^－1

K₂＝≈1.3 mol·L^－1

(3)逆反应　对气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动