Question

非金屬元素氮有多種氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．
（1）對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g），△H=+57kJ?mol^-1在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖所示．
下列說法正確的是

 

a．A、C兩點的反應速率：A＞C
b．B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C
c．A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺
d．由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法
（2）在100℃時，將0.400mol的NO₂氣體充入2L抽空的密閉容器中，每隔一定時間就對該容器內的物質進行分析，得到如下表數據：

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，二氧化氮的平均反應速率為

 

．
②已知100℃反應2NO₂?N₂O₄的平衡常數K=2.8．若該溫度下某時刻測得c（NO₂）=1.00mol/L，c（N₂O₄）=0.20mol/L，則該時刻的v_正

 

v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）；升高溫度后，平衡常數K將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③若在相同情況下最初向該容器只充入的是N₂O₄氣體，要達到上述同樣的平衡狀態，N₂O₄的起始濃度是

 

mol?L^-1．
④計算在題③的條件下達到平衡后混合氣體的平均相對分子質量為

 

．（結果保留小數點后一位）
（3）肼（N₂H₄）通常是航天航空的重要燃料，我們常用的一種肼燃料電池，是以肼與氧氣的反應為原理設計的（N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O），其電解質溶液是KOH溶液．寫出該電池負極的電極反應式

 

．

Answer 1

分析：（1）N₂O₄（g）═2NO₂（g）△H=+57kJ?mol^-1，該反應為吸熱反應，升高溫度，化學平衡正向移動，NO₂的體積分數增大；增大壓強，化學平衡逆向移動，NO₂的體積分數減小，結合圖象來分析解答．
a、A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快；
b、根據B，C兩點平衡體系中NO₂的體積分數相等來判斷，據此判斷；
c、增大壓強平衡向逆反應進行，向逆反應進行是減小由于壓強增大導致濃度增大趨勢，但到達平衡仍比原平衡濃度大；
d、壓強相同，升高溫度，化學平衡正向移動，NO₂的體積分數增大，A點NO₂的體積分數大；
（2）①根據v=

△c

△t

來計算v（N₂O₄），利用速率之比等于化學計量數之比計算v（NO₂）；
②計算此時的濃度商Qc，與平衡常數比較判斷反應進行分析，據此判斷正逆速率大小；
反應2NO₂?N₂O₄是放熱反應，溫度升高，平衡體系向著吸熱的方向進行，判斷K的變化情況；
③該容器只充入的是N₂O₄氣體，恒溫恒容下，要達到上述同樣的平衡狀態，為等效平衡，按化學計量數轉化應得到0.4mol的NO₂，據此計算N₂O₄的起始濃度；
④題③的條件下達到平衡與原平衡為等效平衡，混合氣體的平均相對分子質量相同，由表中數據可知，原反應在80s達平衡，根據差量法計算平衡時混合氣體的總的物質的量，根據平均分子量=

氣體總質量

氣體總的物質的量

計算；
（3）電池負極發生氧化反應，N₂H₄在負極放電，堿性條件下生成N₂、H₂O．

解答：解：（1）a．由圖象可知，A、C兩點都在等溫線上，C的壓強大，則A、C兩點的反應速率：A＜C，故a錯誤；
b．B，C兩點平衡體系中NO₂的體積分數相等，氣體的平均相對分子質量：B=C，故b錯誤；
c．由圖象可知，A、C兩點都在等溫線上，C的壓強大，與A相比C點平衡向逆反應進行，向逆反應進行是由于減小體積增大壓強，平衡移動的結果降低NO₂濃度增大趨勢，但到達平衡仍比原平衡濃度大，平衡時NO₂濃度比A的濃度高，NO₂為紅棕色氣體，則A、C兩點氣體的顏色：A淺，C深，故c錯誤；
d．升高溫度，化學平衡正向移動，NO₂的體積分數增大，由圖象可知，A點NO₂的體積分數大，則T₁＜T₂，由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法，故d正確；
故選d．
（2））①從反應開始直至20s時，v（NO₂）=

0.05mol 2L

20s

=0.00125mol/（L?s），速率之比等于化學計量數之比，故v（NO₂）=2v（N₂O₄）=0.0025mol?（L?s）^-1，
故答案為：0.0025mol?（L?s）^-1；
②此時的濃度商Qc=

0.2

12

=0.2，小于平衡常數2.8，反應向正反應進行，則該時刻的v_正＞v_逆，
反應2NO₂?N₂O₄是放熱反應，溫度升高，平衡體系向著吸熱的方向進行，平衡常數K減小
故答案為：＞；減小；
③該容器只充入的是N₂O₄氣體，恒溫恒容下，要達到上述同樣的平衡狀態，為等效平衡，按化學計量數轉化應得到0.4mol的NO₂，故起始充入的N₂O₄氣體物質的量為0.4mol×

1

2

=0.2mol，N₂O₄的起始濃度是

0.2mol

2L

=0.1mol?L^-1，
故答案為：0.1；
④題③的條件下達到平衡與原平衡為等效平衡，混合氣體的平均相對分子質量相同，由表中數據可知，原反應在80s達平衡，平衡時N₂O₄為0.08mol，則：
 2NO₂?N₂O₄        物質的量減少△n
       1             1
    0.08mol       0.08mol
故反應后混合氣體的總的物質的量為0.4mol-0.08mol=0.32mol，
混合氣體平均相對分子質量為

0.4×46

0.32

=57.5
故答案為：57.5；
（3）電池負極發生氧化反應，N₂H₄在負極放電，堿性條件下生成N₂、H₂O，負極電極反應式為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O，
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O．

點評：本題考查化學平衡圖象、化學影響因素與計算、反應速率計算、化學平衡常數、等效平衡、原電池等，題目較為綜合，難度中等，（2）②注意平衡常數的應用、③中注意等效平衡的利用．