Question

【題目】NO2和N2O4的相互轉化2NO2(g)N2O4(g)是高中乃至大學討論化學平衡問題的常用體系。請回答：

Ⅰ. 將N2O4 (g)轉化為N2O4(l)，可用來制備硝酸。

（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物質的量之比為1:1與O2和H2O恰好完全反應的化學方程式為_____。

Ⅱ. 對于2NO2(g)N2O4(g)反應體系，標準平衡常數Kθ=，其中Pθ為標準壓強(1×105 Pa)，P(N2O4)和P(NO2)為各組分平衡分壓(平衡分壓=總壓×物質的量分數）。

（1）若起始NO2的物質的量設為1mol，反應在恒定溫度和標準壓強下進行，N2O4的平衡產率為0.75，則Kθ=____________。

（2）利用現代手持技術傳感器可以探究壓強對2NO2 (g) N2O4 (g)化學平衡移動的影響。在恒定溫度和標準壓強條件下，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時刻迅速移動活塞后并保持活塞位置不變，測定針筒內氣體壓強變化如圖所示。

①B點時NO2的轉化率為____________。

②E、H兩點對應氣體的平均相對分子質量ME __________MH（填“<、>或=”）。

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

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

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

某科研小組測量出反應②的部分實驗數據如下表所示：

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）根據上表中的有關數據計算：x=________。

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

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)轉化為N2O4(g)的反應為放熱反應，同種物質氣態時能量比液態時能量高；

(2)NO2和N2O4物質的量之比為1:1與O2和H2O恰好完全反應生成硝酸，只要結合電子守恒和原子守恒即可寫出反應的化學方程式；

Ⅱ. (1) 2NO2(g)N2O4(g)

起始物質的量(mol) 1 0

變化物質的量(mol) 0.75 0.375

平衡物質的量(mol) 0.25 0.375

平衡時NO2的體積分數為=0.4，N2O4的體積分數為=0.6，再結合Kθ=即可；

(2)①根據阿伏加德羅定律，其他條件不變時，壓強之比等于物質的量之比，結合三段式法進行計算；

②結合平衡的移動，分析氣體的總物質的量變化，判斷平均相對分子質量的變化；

Ⅲ. (1)根據v2正=k2正c(N2O2)c(O2)計算即可；

(2)反應達到平衡狀態，則v1正=v1逆，v2正=v2逆，2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數K=，據此推算；溫度升高，平衡向吸熱反應方向移動。

Ⅰ.(1)將NO2(g)轉化為N2O4(g)的反應為放熱反應，將N2O4(g)轉化為N2O4(l)也為放熱反應，所以在圖象中該反應的反應物的總能量比生成物的總能量高，同種物質氣態變液態會放出熱量，即液態時能量比氣態時能量低，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物質的量之比為1:1與O2和H2O恰好完全反應生成硝酸，根據守恒法得發生反應的化學方程式為4NO2+4N2O4+3O2+6H2O==12HNO3；

Ⅱ.(1) 2NO2(g)N2O4(g)

起始物質的量(mol) 1 0

變化物質的量(mol) 0.75 0.375

平衡物質的量(mol) 0.25 0.375

平衡時NO2的體積分數為=0.4，N2O4的體積分數為=0.6，則標準平衡常數Kθ===3.75；

(2)①根據阿伏加德羅定律，溫度，體積不變時，壓強之比等于物質的量之比。設起始時NO2的物質的量為n，反應的物質的量為2x，列出三段式：

2NO2 N2O4

起始/mol n 0

反應/mol 2x x

平衡/mol n-2x x

物質的量之比等于壓強之比，則=，x=，NO2的轉化率為×100%=×100%=6%；

②E→H壓強增大，平衡正向移動，氣體的總物質的量減小，根據M=可知氣體的平均摩爾質量不斷增大，即平均相對分子質量ME＜MH；

Ⅲ. (1)已知v2正=k2正c(N2O2)c(O2)，根據表中數據可知：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)反應達到平衡狀態，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K==；反應①、②均為放熱反應，升高溫度平衡均逆向移動，則反應達到平衡后升高溫度，在新平衡建立前，體系內c(N2O2)的大小變化趨勢是逐漸減小。