Question

NO₂和N₂O₄之间发生反应：N₂O₄2NO₂，一定温度下，体积为2L的密闭容器中，各物质的物质的量随时间变化的关系如图所示。请回答下列问题：

(1)曲线____________(填“X”或“Y”)表示NO₂的物质的量随时间的变化曲线。在0到1min中内用X表示该反应的速率是________________，该反应达最大限度时Y的转化率_______。

(2)若上述反应在甲、乙两个相同容器内同时进行，分别测得甲中 v(NO₂)＝0.3 mol·L^－1·min^－1，乙中y(N₂O₄)＝0.2 mol·L^－1·min^－1，则__________中反应更快。

(3)下列描述能表示反应达平衡状态的是______________________。

A．容器中X与Y的物质的量相等   

B．容器内气体的颜色不再改变

C．2v(X)＝v(Y) 

D．容器内气体的平均相对分子质量不再改变

E．容器内气体的密度不再发生变化

(4)NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理如右图，该电池在使用过程中石墨Ⅱ电极上生成氧化物Y(N₂O₅)，则石墨I电极是______________(填“正极”或“负极”)，石墨Ⅱ的电极反应式为_________________________________。

Answer

Y 0.1mol·L－1·min－1 60% 乙 BD 正极 NO2-e-+NO3-═N2O5

【解析】

(1)根据图知，1min时△n(X)=(0.6-0.4)mol=0.2mol、△n(Y)=(1.0-0.6)mol=0.4mol，X、Y的计量数之比为0.2mol：0.4mol=1：2，据此结合反判断X、Y；根据v=计算v(X)；该反应达限度时，消耗的Y为0.6mol，转化率=×100%；

(2)化学反应速率与化学计量数成正比，结合转化成同一种物质比较反应速率大小；

(3)可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此判断；

(4)该燃料电池中，负极上通入NO2，正极上通入O2，根据电解质知，负极电极反应式为NO2-e-+NO3-═N2O5，正极电极反应式为O2+2N2O5+4e-═4NO3-。

(1)根据图知，1min时△n(X)=(0.6-0.4)mol=0.2mol、△n(Y)=(1.0-0.6)mol=0.4mol，X、Y的计量数之比为0.2mol：0.4mol=1：2，根据反应N2O4(g)(无色)⇌2NO2(g)(红棕色)可知，曲线Y表示NO2的物质的量随时间变化关系曲线；在0到1min中内用X表示该反应的速率为：v(X)==0.1mol/(L•min)；该反应达到最大限度时，Y的物质的量为0.4mol，则Y的转化率为：×100%=60%；

(2)若上述反应在甲、乙两个相同容器内同时进行，分别测得甲中v(NO2)=0.3mol•L-1•min-1，乙中v(N2O4)=0.2mol•L-1•min-1，转化成v(NO2)=0.4mol•L-1•min-1，所以乙中反应更快；

(3)A．容器中X与Y的物质的量相等，无法判断各组分的浓度是否继续变化，则无法判断平衡状态，故A错误；

B．容器内气体的颜色不再改变，则二氧化氮浓度不变，能够说明该反应达到平衡状态，故B正确；

C．2v(X)=v(Y)，没有指出正逆反应速率，无法判断平衡状态，故C错误；

D．该反应为气体体积增大的反应，而气体总质量不变，则混合气体的平均相对分子量为变量，当容器内气体的平均相对分子质量不再改变时，表明正逆反应速率相等，达到平衡状态，故D正确；

E．反应前后气体的总质量不变，容器的体积不变，该反应中混合气体密度为定值，不能根据容器内气体的密度判断平衡状态，故E错误；

故答案为：BD；

(4)由题意，NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，燃料电池中，通入燃料的一极为为负极，通入氧气的一极为正极，则石墨Ⅰ正极，石墨Ⅱ作负极，石墨Ⅱ电极上生成氧化物Y(N2O5)，则负极电极反应式为：NO2-e-+NO3-═N2O5。