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6.(2014.新课标全国卷Ⅱ,26)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上图所示。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,判断理由是_____________________________________________。
答案 (1)大于 0.001 0 0.36 mol.L-1
(2)①大于 反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高
②平衡时,[NO2]=0.120 mol.L-1+0.002 0 mol.L-1×10 s×2=0.160 mol.L-1
[N2O4]=0.040 mol.L-1-0.002 0 mol.L-1.s-1×10 s=0.020 mol.L-1
K2==1.28 mol.L-1
(3)逆反应 将反应容器的容积减小一半,即增大压强,当其他条件不变时,增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,即向逆反应方向移动
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===1.28 mol.L-1。
(3)温度T时反应达到平衡后,将反应容器的容积减小一半,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。
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