Question

将一定量的NO₂和N₂O₄的混合气体通入体积为2L的恒温密闭容器中，各物质的浓度随时间的变化如图1所示，请回答下列问题：

(1)图1中，曲线_______（填“X”或“Y”）表示NO₂浓度随时间的变化情况，前10min内v(NO₂)=_______mol/(L· min)；

(2)下列选项中不能说明该反应已达到平衡状态的是____（填选项字母）

A. 容器内混合气体的压强不随时间变化而改变   

B. 容器内混合气体的密度不随时间变化而改变               

C. 容器内混合气体的颜色不随时间变化而改变

D. 容器内混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而改变

(3)反应进行到10min时，共吸收热量22.76kJ，则该反应的热化学反应方程式为______________________，该反应的平衡常数K=_____________；

(4)反应进行到20min时，再向容器内充入一定量的NO₂，10min后达到新平衡，此时测得c(NO₂)=0.9mol/L。

①第一次平衡时混合气体中NO₂的体积分数为w₁，达到新平衡后混合气体中的NO₂的体积分数为w₂，则w₁______w₂（填“>”“=”或“<”）

②请在图2中画出20min后各物质的浓度随时间变化的曲线（曲线上必须标出“X”和“Y”，且要体现出始状态与末状态要用具体浓度）________________

Answer

X 0.04mol/(L·min) B N2O4(g)⇌2NO2(g) △H=+56.9kJ/mol 0.9 ＞

【解析】

(1)根据反应方程式N2O4(g)⇌2NO2(g)可知，NO2的浓度变化量是N2O4浓度变化量的2倍，据此判断；根据，计算v(NO2)；
(2)化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断；
(3)反应热与物质的量成正比；根据平衡常数的定义进行计算；
(4)①恒容，充入一定量NO2，相当于增大压强；
②先计算平衡时、20min时气体的浓度，再作图。

(1)由图可知，10min时反应达到平衡状态，0-10min内，X表示的生成物的浓度变化量为(0.6-0.2)mol/L=0.4mol/L，Y表示的反应物的浓度变化量为(0.6-0.4)mol/L=0.2mol/L，X表示的生成物的浓度变化量是Y表示的反应物的浓度变化量的2倍，所以X表示NO2浓度随时间的变化曲线，Y表示N2O4浓度随时间的变化曲线，前10min内，故答案为：X，0.04；
(2)反应条件为恒温恒容，反应N2O4⇌2NO2前后气体物质的量发生变化，

A. 该反应前后气体物质的量发生变化，因此混合气体的压强会随反应的进行发生变化，当混合气体的压强不随时间变化而改变，可判断反应达到化学平衡状态，故A正确；
B. 混合气体的总质量不变，容器的体积不变，故混合气体的密度不随时间变化而改变，因此混合气体的密度不变，不能判断达到化学平衡状态，故B错误；
C. NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体，故混合气体的颜色不随时间变化而改变，说明各物质的浓度不发生变化，可判断达到化学平衡状态，故C正确；
D. 混合气体的总质量不变，总物质的量随反应的进行发生变化，故混合气体的平均相对分子质量会随反应进行发生变化，因此混合气体的平均相对分子质量不再改变，可判断反应达到化学平衡状态，故D正确，故答案为：B；

(3)由(1)可知，反应物为N2O4，生成物为NO2，反应进行到10min时，N2O4的物质的量变化量为0.2mol/L×2L=0.4mol，共吸收热量22.76kJ，故反应1molN2O4共吸收热量22.76kJ×2.5=56.9kJ，故该反应的热化学方程式为：N2O4(g)⇌2NO2(g) △H=+56.9kJ/mol，该反应的平衡常数，故答案为：N2O4(g)⇌2NO2(g) △H=+56.9kJ/mol；0.9；

(4)①恒容，充入一定量NO2，相当于增大压强，平衡逆向移动，新平衡后混合气体中NO2的体积分数减小，故w1＞w2，故答案为：＞；
②30min时，c(NO2)=0.9mol/L，温度不变，平衡常数不变，，解得c(N2O4)=0.9mol/L，则20min-30min，N2O4的浓度增加了(0.9-0.4)mol/L=0.5mol/L，故NO2的浓度减少了0.5mol/L×2=1mol/L，则20min时，c(NO2)=(1+0.9)mol/L=1.9mol/L，c（N2O4）=0.4mol/L，故答案为：。