Question

在容积为1 L的容器中，通入一定量的N₂O₄，发生反应N₂O₄(g)2NO₂(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：

(1)反应的ΔH_____0(填“大于”或“小于”)；100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在 0～60 s 时段， 反应速率 v(N₂O₄)为_____mol·L^－1·s^－1；反应的平衡转化率为：_____； 反应的平衡常数K₁为_____。

(2)100℃时达平衡后，改变反应温度为 T，N₂O₄以0.002 0 mol·L^-1·s^-1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。

a：T____________100℃(填“大于”或“小于”)，判断理由是__________。

b：计算温度T时反应的平衡常数K₂____________。

(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半。平衡向____________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由________________________。

Answer

大于 0.0010 60% 0.36 大于 温度改变后，反应正向移动，由于正反应为吸热反应，所以温度改变是升高温度 1.28 逆反应 对于气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动

【解析】

(1)升高温度混合气体颜色变深，说明升高温度，化学平衡正向移动，利用温度对化学平衡移动的影响分析判断反应的热效应；在0～60 s时段，根据v=计算反应速率；根据反应物的转化率=×100%计算N2O4的转化率；根据化学平衡常数K1=计算平衡常数；

(2)根据温度对化学反应速率的影响分析判断；计算在反应达到新的平衡后各种物质的浓度，带入平衡常数表达式计算出新平衡的化学平衡常数K2；

(3)温度T时反应达到平衡后，将反应容器的容积减少一半，相当于增大压强，根据压强对化学平衡移动的影响分析判断。

(1)升高温度混合气体颜色变深，说明升高温度，化学平衡正向移动，根据平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，则该反应的正反应为吸热反应，故△H>0；在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)==0.0010 mol/(L·s)；反应中N2O4的平衡转化率=×100%=60%；达到平衡时c(N2O4)=0.040 mol/L、c(NO2)=0.120 mol/L，化学平衡常数K1==0.36；

(2)a.在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)= 0.001 mol/(L·s)<0.0020 mol/(L·s)，可见改变温度后化学反应速率加快，说明改变的温度是升高温度，则T>100℃；

b.根据a知，改变的条件是升高温度，化学平衡正向移动，改变条件后10 s内△c(N2O4)=0.002 0mol/（L•s）×10 s=0.020 mol/L，则再次达到平衡时c(N2O4)=(0.040-0.020)mol/L=0.020 mol/L，c(NO2)=(0.120+0.020×2)mol/L=0.160 mol/L，所以在温度T时反应的平衡常数K2= K1==1.28；

(3)在温度T时，反应达到平衡后，将反应容器的容积减小一半，相当于增大体系的压强，由于该反应的正反应为气体体积增大的反应，所以增大压强，化学平衡向气体体积减小的方向移动，即化学平衡向逆反应方向移动。