Question

【題目】NO2和N2O4的相互轉(zhuǎn)化2NO2(g)N2O4(g)是高中乃至大學(xué)討論化學(xué)平衡問(wèn)題的常用體系。請(qǐng)回答：

Ⅰ. 將N2O4 (g)轉(zhuǎn)化為N2O4(l)，可用來(lái)制備硝酸。

（1）已知2NO2(g)N2O4(g) △H1 2NO2(g)N2O4(l) △H2

下列能量變化示意圖正確的是____________。

A.

B.

C.

（2）NO2和N2O4物質(zhì)的量之比為1:1與O2和H2O恰好完全反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____。

Ⅱ. 對(duì)于2NO2(g)N2O4(g)反應(yīng)體系，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ=，其中Pθ為標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)(1×105 Pa)，P(N2O4)和P(NO2)為各組分平衡分壓(平衡分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

（1）若起始NO2的物質(zhì)的量設(shè)為1mol，反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下進(jìn)行，N2O4的平衡產(chǎn)率為0.75，則Kθ=____________。

（2）利用現(xiàn)代手持技術(shù)傳感器可以探究壓強(qiáng)對(duì)2NO2 (g) N2O4 (g)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)條件下，往針筒中充入一定體積的NO2氣體后密封并保持活塞位置不變。分別在t1、t2時(shí)刻迅速移動(dòng)活塞后并保持活塞位置不變，測(cè)定針筒內(nèi)氣體壓強(qiáng)變化如圖所示。

①B點(diǎn)時(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率為____________。

②E、H兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量ME __________MH（填“<、>或=”）。

Ⅲ. 已知反應(yīng)：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)是通過(guò)下面兩步完成的：

反應(yīng)①：2NO(g)N2O2(g) △H1<0（快） v1正=k1正c2(NO) v1逆=k1逆c(N2O2)

反應(yīng)②：N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) △H2<0（慢） v2正=k2正c(N2O2)c(O2) v2逆=k2逆c2(NO2)

某科研小組測(cè)量出反應(yīng)②的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：

c(N2O2)/ mol/L	c(O2)/ mol/L	ν2正/ mol·L-1·s-1
0.010	0.010	1.75×10-6
0.030	0.020	1.05×10-5
x	0.060	1.05×10-5

（1）根據(jù)上表中的有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算：x=________。

（2）若①、②兩反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率常數(shù)分別用k1正、k2逆、k2正、k2逆表示，則2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數(shù)K=____（用速率常數(shù)表示）；反應(yīng)達(dá)到平衡后升高溫度，在新平衡建立前，體系內(nèi)c(N2O2)的大小變化趨勢(shì)是逐漸_____。

Answer 1

【答案】B 4NO2+4N2O4+3O2+6H2O==12HNO3 3.75 6% < 0.010 （k1正·k2正）/（k1逆·k2逆） 減小

【解析】

Ⅰ.(1)將NO2(g)轉(zhuǎn)化為N2O4(g)的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，同種物質(zhì)氣態(tài)時(shí)能量比液態(tài)時(shí)能量高；

(2)NO2和N2O4物質(zhì)的量之比為1:1與O2和H2O恰好完全反應(yīng)生成硝酸，只要結(jié)合電子守恒和原子守恒即可寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式；

Ⅱ. (1) 2NO2(g)N2O4(g)

起始物質(zhì)的量(mol) 1 0

變化物質(zhì)的量(mol) 0.75 0.375

平衡物質(zhì)的量(mol) 0.25 0.375

平衡時(shí)NO2的體積分?jǐn)?shù)為=0.4，N2O4的體積分?jǐn)?shù)為=0.6，再結(jié)合Kθ=即可；

(2)①根據(jù)阿伏加德羅定律，其他條件不變時(shí)，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，結(jié)合三段式法進(jìn)行計(jì)算；

②結(jié)合平衡的移動(dòng)，分析氣體的總物質(zhì)的量變化，判斷平均相對(duì)分子質(zhì)量的變化；

Ⅲ. (1)根據(jù)v2正=k2正c(N2O2)c(O2)計(jì)算即可；

(2)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則v1正=v1逆，v2正=v2逆，2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數(shù)K=，據(jù)此推算；溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。

Ⅰ.(1)將NO2(g)轉(zhuǎn)化為N2O4(g)的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，將N2O4(g)轉(zhuǎn)化為N2O4(l)也為放熱反應(yīng)，所以在圖象中該反應(yīng)的反應(yīng)物的總能量比生成物的總能量高，同種物質(zhì)氣態(tài)變液態(tài)會(huì)放出熱量，即液態(tài)時(shí)能量比氣態(tài)時(shí)能量低，則N2O4(l)具有的能量比N2O4(g)具有的能量低，圖象B符合，故答案為B；

(2)NO2和N2O4物質(zhì)的量之比為1:1與O2和H2O恰好完全反應(yīng)生成硝酸，根據(jù)守恒法得發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NO2+4N2O4+3O2+6H2O==12HNO3；

Ⅱ.(1) 2NO2(g)N2O4(g)

起始物質(zhì)的量(mol) 1 0

變化物質(zhì)的量(mol) 0.75 0.375

平衡物質(zhì)的量(mol) 0.25 0.375

平衡時(shí)NO2的體積分?jǐn)?shù)為=0.4，N2O4的體積分?jǐn)?shù)為=0.6，則標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ===3.75；

(2)①根據(jù)阿伏加德羅定律，溫度，體積不變時(shí)，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比。設(shè)起始時(shí)NO2的物質(zhì)的量為n，反應(yīng)的物質(zhì)的量為2x，列出三段式：

2NO2 N2O4

起始/mol n 0

反應(yīng)/mol 2x x

平衡/mol n-2x x

物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，則=，x=，NO2的轉(zhuǎn)化率為×100%=×100%=6%；

②E→H壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，氣體的總物質(zhì)的量減小，根據(jù)M=可知?dú)怏w的平均摩爾質(zhì)量不斷增大，即平均相對(duì)分子質(zhì)量ME＜MH；

Ⅲ. (1)已知v2正=k2正c(N2O2)c(O2)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知：v2正=k2正c(N2O2)c(O2)=k2正×0.030×0.020=k2正×x×0.060，解得：x=0.010；

(2)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則v1正=v1逆，v2正=v2逆，即k1正c2(NO)=k1逆c(N2O2)，k2正c(N2O2)c(O2)=k2逆c2(NO2)，所以=，2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數(shù)K==；反應(yīng)①、②均為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡均逆向移動(dòng)，則反應(yīng)達(dá)到平衡后升高溫度，在新平衡建立前，體系內(nèi)c(N2O2)的大小變化趨勢(shì)是逐漸減小。