Question

【题目】氮可形成多种氧化物，如NO、NO2、N2O4等。已知NO2和N2O4的结构式分别是和。实验测得N－N键键能为167kJ·mol－1， NO2中氮氧键的平均键能为466 kJ·mol－1，N2O4中氮氧键的平均键能为438．5 kJ·mol－1。

（1）写出N2O4转化为NO2的热化学方程式：____________

（2）对反应N2O4（g）2NO2（g），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

（3）在100℃时，将0．40mol的NO2气体充入2 L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	0．050	n2	0．080	0．080

①在上述条件下，从反应开始直至20 s时，二氧化氮的平均反应速率为____________

②n3_____n4（填“>”、“<”或“=”），该反应的平衡常数K的值为_____________，升高温度后，反应2NO2N2O4的衡常数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。

Answer 1

【答案】N2O4（g）2NO2（g） ΔH＝＋57 kJ·mol－1 D 0．0025mol·（L·s）-1 = K＝2．8 减小 0．10

【解析】

（1）根据化学反应的反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，所以N2O4（g）2NO2（g）的反应热ΔH＝438．5 kJ·mol－1×4+167kJ·mol－1-466 kJ·mol－1×4="+57" kJ·mol－1，所以N2O4转化为NO2的热化学方程式为N2O4（g）2NO2（g） ΔH＝＋57 kJ·mol－1；

（2）A、C点压强大于A点，所以C点的反应速率快，错误；B、B、C两点的二氧化氮体积分数相同，为等效平衡，则气体的平均相对分子质量相同，错误；C、A、C点温度相同，C的压强增大，体积缩小，气体颜色加深，尽管平衡逆向移动，但最终气体的颜色比原平衡时深，则A浅，C深，错误；D、B的二氧化氮体积分数小于A点，该反应是吸热反应，温度升高，平衡正向移动，二氧化氮的体积分数增大，所以T2>T1，A、B压强相同，则由状态B到状态A，可以用加热的方法，正确，答案选D。

（3）①在上述条件下，该反应为2NO2（g）N2O4（g），从反应开始直至20 s时，N2O4（g）的物质的量增加0.05mol，则二氧化氮的物质的量减少0.1mol，浓度减少0.1mol/2L=0.05mol/L，二氧化氮的平均反应速率为0.05mol/L/20s=0．0025mol·（L·s）-1；

②60s和80s时四氧化二氮的物质的量相同，说明反应达到平衡状态，所以二氧化氮的物质的量不变，则n3=n4；四氧化二氮平衡时的浓度为0.08mol/2L=0.04mol/L，二氧化氮的平衡浓度为0.40mol/2L-0.08mol/L=0.12mol/L，则该条件下的平衡常数K=0.04/0.122=2.8；二氧化氮生成四氧化二氮的反应是放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小；

③若在相同情况下最初向该容器充入的是N2O4气体，要达到上述同样的平衡状态，即为等效平衡状态，则将0.4mol的二氧化氮完全转化为四氧化二氮的物质的量是0.2mol，则四氧化二氮的起始浓度为0.2mol/2L=0.1mol/L。