Question

16．氮可形成多種氣態(tài)氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．已知NO₂和N₂O₄的結構式分別是和．實驗測得N-N鍵的鍵能為167kJ•mol^-1，NO₂中氮氧鍵的鍵能為 466kJ•mol^-1，N₂O₄中氮氧鍵的鍵能為438.5kJ•mol^-1．
（1）寫出N₂O₄轉化NO₂為的熱化學方程式N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1．
（2）對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖所示．
①A、C兩點的反應速率v（A）＜v（C）（填“＞”“=”或“＜”）．
②B、C兩點的氣體平均相對分子質量M（B）=M（C）（填“＞”、“=”或“＜”）．
③由狀態(tài)B到達狀態(tài)A可用的方法是加熱．
④A點氣體的顏色比C點淺（填“深”、“淺”或“相同”），原因是A點到C點時壓強增大，即體積減小，平衡逆移，NO₂的體積分數(shù)減小，但平衡時C點c（NO₂）比A點大．
（3）在100℃時，將0.40mol的NO₂氣體充入2L的密閉容器中，每隔一定時間就對該容器內的物質進行分析，得到下表所示數(shù)據．

時間/s	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.05	n2	0.08	0.08

①在上述條件下，從反應開始直至20s時，v（NO₂）=0.0025mol•L^-1•s^-1．
②若在相同的情況下最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，要達到上述同樣的平衡狀態(tài)，N₂O₄的起始濃度應是0.10 mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）化學反應的反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，注明物質的聚集狀態(tài)與放熱反應書寫熱化學方程式；
（2）①壓強越高，反應速率越快；
②B、C兩點的二氧化氮體積分數(shù)相同，為等效平衡；
③B的二氧化氮體積分數(shù)小于A點，該反應是吸熱反應，溫度升高，平衡正向移動，二氧化氮的體積分數(shù)增大，所以T₂＞T₁；
④A、C點溫度相同，C的壓強增大，體積縮小，氣體顏色加深；
（3）①從反應開始直至20 s時，N₂O₄（g）的物質的量增加0.05mol，則二氧化氮的物質的量減少0.1mol，濃度減少$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO₂）；
②若在相同情況下最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，要達到上述同樣的平衡狀態(tài)，即為等效平衡狀態(tài)，則將0.4mol的二氧化氮完全轉化為四氧化二氮的物質的量是0.2mol．

解答 解：（1）根據化學反應的反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，所以N₂O₄（g）?2NO₂（g）的反應熱△H=438.5 kJ•mol^-1×4+167kJ•mol^-1-466 kJ•mol^-1×4=+57 Kj，•mol^-1，所以N₂O₄轉化為NO₂的熱化學方程式為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1，
故答案為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1；
（2）①C點壓強大于A點，所以C點的反應速率快，即：v（A）＜v（C），故答案為：＜；
②B、C兩點的二氧化氮體積分數(shù)相同，為等效平衡，則氣體的平均相對分子質量相同，即：M（B=M（C），故答案為：=；
③B的二氧化氮體積分數(shù)小于A點，該反應是吸熱反應，溫度升高，平衡正向移動，二氧化氮的體積分數(shù)增大，所以T₂＞T₁，A、B壓強相同，則由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，
故答案為：加熱；
④A、C點溫度相同，C的壓強增大，體積縮小，氣體顏色加深，盡管平衡逆向移動，但最終氣體的顏色比原平衡時深，則A淺、C深，即：A點氣體的顏色比C點淺，
故答案為：淺；A點到C點時壓強增大，即體積減小，平衡逆移，NO₂的體積分數(shù)減小，但平衡時C點c（NO₂）比A點大；
（3）①在上述條件下，該反應為2NO₂（g）?N₂O₄（g），從反應開始直至20 s時，N₂O₄（g）的物質的量增加0.05mol，則二氧化氮的物質的量減少0.1mol，濃度減少$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L，二氧化氮的平均反應速率為：$\frac{0.05mol/L}{20s}$=0.0025mol•（L•s）^-1，
故答案為：0.0025；
②若在相同情況下最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，要達到上述同樣的平衡狀態(tài)，即為等效平衡狀態(tài)，則將0.4mol的二氧化氮完全轉化為四氧化二氮的物質的量是0.2mol，則四氧化二氮的起始濃度為：$\frac{0.20mol}{2L}$=0.10mol/L，
故答案為：0.10．

點評 本題考查化學平衡的計算，題目難度中等，涉及化學反應速率、平衡常數(shù)的計算、反應熱的計算、平衡移動的判斷、化學平衡圖象、等效平衡的應用等知識，明確化學平衡及其影響為解答關鍵，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．