Question

18．在100℃时，将0.200mol的四氧化二氮气体充入2L真空的密闭容器中，发生如下反应，N₂O₄═2NO₂，每隔一定的时间对该容器内的物质进行分析，得到如下表格：?

时间s 浓度mol/L	0	20	40	60	80	100
c（N2O4）	0.100	c1	0.050	c3	a	b
c（NO2）	0.000	0.060	c2	0.120	0.120	0.120

请回答下列问题：?
（1）该反应达到平衡时，四氧化二氮的转化率为60%，表中c₂＞c₃（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）20s时四氧化二氮的浓度c₁=0.070mol/L，在0s～20s时间段内，四氧化二氮的平均反应速率为0.0015mol/（L•s）．
（3）100℃时，该反应的平衡常数K=0.36mol/L．
（4）若在相同情况下最初向该容器中充入的是二氧化氮气体，要达到上述同样的平衡状态，二氧化氮的起始浓度是0.200mol/L．
（5）若在相同情况下向该容器中充入0.2mol四氧化二氮和0.3mol二氧化氮气体，则到达平衡前v（正）＞ v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）由表可知，60s时c（NO₂）不再变化，反应达到平衡，根据方程式计算△c（N₂O₄），根据转化率计算平衡时N₂O₄的转化率，60s后反应达平衡，反应混合物各组分的浓度不变；
（2）由△c（NO₂），根据方程式计算△c（N₂O₄），20s的四氧化二氮的浓度=起始浓度-△c（N₂O₄）；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（N₂O₄）；
（3）根据60S时，反应达到平衡状态，根据平衡常数k=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$；
（4）恒温恒容条件下，且反应前后气体的物质的量发生变化，起始向容器中充入的是二氧化氮气体，要达到相同的平衡状态，按化学计量数转化到N₂O₄一边，满足N₂O₄的浓度为0.1mol/L；
（5）若在相同情况下向该容器中充入0.2mol四氧化二氮和0.3mol二氧化氮气体，计算浓度幂之积，与平衡常数相比较，可判断反应进行的方向．

解答 解：（1）图标数据分析可知反应的化学方程式为：N₂O₄?2 NO₂，
由表可知，60s时反应达平衡，c（NO₂）=0.120mol/L，
               N₂O₄?2NO₂，
浓度变化：0.06mol/L  0.120mol/L
所以平衡时N₂O₄的转化率为$\frac{0.06mol/L}{0.1mol/L}$×100%=60%；
40S时平衡右移，c₂＞c₃，
故答案为：60%；＞；
（2）由表可知，20s时，c（NO₂ ）=0.060mol/L，所以
               N₂O₄?2NO₂，
浓度变化：0.03mol/L  0.060mol/L
所以20s的四氧化二氮的浓度c₁=0.1mol/L-0.03mol/L=0.07mol/L；
在0s～20s内四氧化二氮的平均反应速率为v（N₂O₄）=$\frac{0.03mol/L}{20S}$=0.0015mol•（L•s）^-1．
故答案为：0.070；0.0015；    
（3）N₂O₄?2NO₂，
起始（mol/L）  0.100   0
变化（mol/L）  0.060   0.120
平衡（mol/L） 0.040    0.120
平衡常数k=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{（0.12mol/L）^{2}}{0.040mol/L}$=0.36mol/L，
故答案为：0.36mol/L；
（4）恒温恒容条件下，且反应前后气体的物质的量发生变化，起始向容器中充入的是二氧化氮气体，要达到相同的平衡状态，按化学计量数转化到N₂O₄一边，满足N₂O₄的浓度为0.100mol/L，由N₂O₄（g）?2NO₂（g）可知，二氧化氮的初始浓度=2×0.100mol/L=0.200mol/L，
故答案为：0.200；
（5）若在相同情况下向该容器中充入0.2mol四氧化二氮和0.3mol二氧化氮气体，则c（N₂O₄）=0.1mol/L，c（NO₂）=0.15mol/L，$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{0.1{5}^{2}}{0.1}$=0.225＜0.36，平衡正向移动，则正反应速率大于逆反应速率，
故答案为：＞．

点评 本题考查化学平衡的有关计算应用，为高频考点，侧重考查学生的分析能力和计算能力，题目主要涉及平衡转化率、反应速率概念的计算应用，难度中等．