Question

氮可形成多种气态氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等。已知NO₂和N₂O₄的结构式分别是 和 。实验测得N-N键的键能为167kJ·mol^-1，NO₂中氮氧键的键能为 466 kJ·mol^-1，N₂O₄中氮氧键的键能为438.5 kJ·mol^-1。

（1）写出N₂O₄转化NO₂为的热化学方程式               。

（2）对反应N₂O₄ (g)2 NO₂(g)，在温度T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如下图所示。

①A、C两点的反应速率v(A)          v(C)(填“﹥”“=”或“＜”)。

②B、C两点的气体平均相对分子质量M(B)         M(C)(填“﹥”、“=”或“＜”)。

③由状态B到达状态A可用的方法是              。

④A点气体的颜色比C点            (填“深”、“浅”或“相同”)，原因是                。

（3）在100℃时，将0.40mol的NO₂气体充入 2L 的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到下表所示数据。

时间/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在上述条件下，从反应开始直至20s时，v(NO₂)=            mol·L^-1·s^-1。

②若在相同的情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态， N₂O₄的起始浓度应是              mol·L^-1。

Answer

(16分)(每空2分)

（1）N2O4 (g) 2 NO2(g) △H = +57 kJ·mol-1；

（2）① ＜；② =；③ 加热；④浅；A点到C点时压强增大，即体积减小，平衡逆移，NO2的体积分数减小，但平衡时C点c(NO2)比A点大；

（3）① 0.0025；② 0.10

【解析】

试题分析：（1）反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，则反应热△H为：△H = (167 KJ/mol + 4 × 438.5 KJ/mol)-(2×2×466KJ/mol)=+57KJ/mol，反应的热化学方程式为：N2O4(g)⇌2NO2(g)△H=+57 kJ•mol-1；故答案为：N2O4(g)2NO2(g)△H=+57 kJ•mol-1；

（2）①N2O4(g)═2NO2(g)△H=+57kJ•mol-1，增大压强，化学平衡逆向移动，NO2的体积分数减小，所以P1＜P2，压强越大反应速率越大，所以vA＜vC，故答案为：＜；

②B和C两点平衡体系中NO2的体积分数相等，平衡体系中N2O4的体积分数也相等，属于等效平衡，混合气体的相对分子质量相等，即B等于C，故答案为：=；

③升高温度，化学平衡正向移动，NO2的体积分数增大，由图象可知，A点NO2的体积分数大，则T1＜T2，由状态B到状态A，可以用加热的方法，故答案为：加热；

④由图象可知，A、C两点都在等温线上，C的压强大，与A相比C点平衡向逆反应进行，向逆反应进行是由于减小体积，增大压强，平衡移动的结果降低NO2浓度增大趋势，但到达平衡仍比原平衡浓度大，平衡时NO2浓度比A的浓度高，NO2为红棕色气体，则A、C两点气体的颜色：A浅，C深，故答案为：浅；A点到C点时压强增大，即体积减小，平衡逆移，NO2的体积分数减小，但平衡时C点c(NO2)比A点大；

（3）①从反应开始直至20s时，四氧化二氮的平均反应速率v===0.00125mol/(L•s)，二氧化氮的平均反应速率为四氧化二氮的平均反应速率的2倍，即为0.0025mol•(L•s)-1，故答案为：0.0025；

②若在相同情况下最初向该容器充入的是N2O4气体，要达到上述同样的平衡状态，N2O4的起始浓度是c，则，

N2O4 2NO2

起始浓度(mol•L-1) c 0

转化浓度(mol•L-1) c-0.04 0.12

平衡浓度(mol•L-1) 0.04 0.12

所以=，

解得c=0.10，故答案为：0.10。

【考点定位】考查化学平衡、盖斯定律的应用、热化学方程式的书写

【名师点晴】本题是一道化学平衡的综合题，既考查了热化学方程式的书写，又考查了化学平衡的有关问题，这些知识点都是考试热点，常常在高考中以大型综合题出现。化学平衡图表题，首先要搞变量间的关系，搞清楚变化趋势，确定平衡状态，再结合化学反应速率和影响平衡的因素进行分析，速率的计算一定要紧扣公式，搞清浓度的变化与所需要的时间；分析平衡的移动时要将反应原理与改变的条件相结合，可先确定移动的方向，再反应推测影响因素；至于平衡的计算可利用三段式进行计算，可能繁点但相对要容易得多，也不易出错。