Question

非金属元素氮有多种氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．
（1）对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），△H=+57kJ?mol^-1在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图所示．
下列说法正确的是

 

a．A、C两点的反应速率：A＞C
b．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
c．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
d．由状态B到状态A，可以用加热的方法
（2）在100℃时，将0.400mol的NO₂气体充入2L抽空的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如下表数据：

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，二氧化氮的平均反应速率为

 

．
②已知100℃反应2NO₂?N₂O₄的平衡常数K=2.8．若该温度下某时刻测得c（NO₂）=1.00mol/L，c（N₂O₄）=0.20mol/L，则该时刻的v_正

 

v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）；升高温度后，平衡常数K将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③若在相同情况下最初向该容器只充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，N₂O₄的起始浓度是

 

mol?L^-1．
④计算在题③的条件下达到平衡后混合气体的平均相对分子质量为

 

．（结果保留小数点后一位）
（3）肼（N₂H₄）通常是航天航空的重要燃料，我们常用的一种肼燃料电池，是以肼与氧气的反应为原理设计的（N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O），其电解质溶液是KOH溶液．写出该电池负极的电极反应式

 

．

Answer 1

分析：（1）N₂O₄（g）═2NO₂（g）△H=+57kJ?mol^-1，该反应为吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，NO₂的体积分数增大；增大压强，化学平衡逆向移动，NO₂的体积分数减小，结合图象来分析解答．
a、A、C两点都在等温线上，压强越大，反应速率越快；
b、根据B，C两点平衡体系中NO₂的体积分数相等来判断，据此判断；
c、增大压强平衡向逆反应进行，向逆反应进行是减小由于压强增大导致浓度增大趋势，但到达平衡仍比原平衡浓度大；
d、压强相同，升高温度，化学平衡正向移动，NO₂的体积分数增大，A点NO₂的体积分数大；
（2）①根据v=

△c

△t

来计算v（N₂O₄），利用速率之比等于化学计量数之比计算v（NO₂）；
②计算此时的浓度商Qc，与平衡常数比较判断反应进行分析，据此判断正逆速率大小；
反应2NO₂?N₂O₄是放热反应，温度升高，平衡体系向着吸热的方向进行，判断K的变化情况；
③该容器只充入的是N₂O₄气体，恒温恒容下，要达到上述同样的平衡状态，为等效平衡，按化学计量数转化应得到0.4mol的NO₂，据此计算N₂O₄的起始浓度；
④题③的条件下达到平衡与原平衡为等效平衡，混合气体的平均相对分子质量相同，由表中数据可知，原反应在80s达平衡，根据差量法计算平衡时混合气体的总的物质的量，根据平均分子量=

气体总质量

气体总的物质的量

计算；
（3）电池负极发生氧化反应，N₂H₄在负极放电，碱性条件下生成N₂、H₂O．

解答：解：（1）a．由图象可知，A、C两点都在等温线上，C的压强大，则A、C两点的反应速率：A＜C，故a错误；
b．B，C两点平衡体系中NO₂的体积分数相等，气体的平均相对分子质量：B=C，故b错误；
c．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c错误；
d．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d正确；
故选d．
（2））①从反应开始直至20s时，v（NO₂）=

0.05mol 2L

20s

=0.00125mol/（L?s），速率之比等于化学计量数之比，故v（NO₂）=2v（N₂O₄）=0.0025mol?（L?s）^-1，
故答案为：0.0025mol?（L?s）^-1；
②此时的浓度商Qc=

0.2

12

=0.2，小于平衡常数2.8，反应向正反应进行，则该时刻的v_正＞v_逆，
反应2NO₂?N₂O₄是放热反应，温度升高，平衡体系向着吸热的方向进行，平衡常数K减小
故答案为：＞；减小；
③该容器只充入的是N₂O₄气体，恒温恒容下，要达到上述同样的平衡状态，为等效平衡，按化学计量数转化应得到0.4mol的NO₂，故起始充入的N₂O₄气体物质的量为0.4mol×

1

2

=0.2mol，N₂O₄的起始浓度是

0.2mol

2L

=0.1mol?L^-1，
故答案为：0.1；
④题③的条件下达到平衡与原平衡为等效平衡，混合气体的平均相对分子质量相同，由表中数据可知，原反应在80s达平衡，平衡时N₂O₄为0.08mol，则：
 2NO₂?N₂O₄        物质的量减少△n
       1             1
    0.08mol       0.08mol
故反应后混合气体的总的物质的量为0.4mol-0.08mol=0.32mol，
混合气体平均相对分子质量为

0.4×46

0.32

=57.5
故答案为：57.5；
（3）电池负极发生氧化反应，N₂H₄在负极放电，碱性条件下生成N₂、H₂O，负极电极反应式为：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O，
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O．

点评：本题考查化学平衡图象、化学影响因素与计算、反应速率计算、化学平衡常数、等效平衡、原电池等，题目较为综合，难度中等，（2）②注意平衡常数的应用、③中注意等效平衡的利用．