Question

6．NO₂和N₂O₄之間發(fā)生反應(yīng)：N₂O₄（g）?2NO₂（g），一定溫度下，體積為2L的密閉容器中，各物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間變化的關(guān)系如圖1所示，請回答下列問題：

（1）曲線Y（填“X”或“Y”）表示NO₂的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線．
（2）在0到1min中內(nèi)用X表示該反應(yīng)的速率是0.1mol/（L•min），該反應(yīng)達最大限度時，Y的轉(zhuǎn)化率60%，反應(yīng)開始時與反應(yīng)達平衡狀態(tài)時的壓強之比為14：11
（3）圖2為1mol N₂O₄（g）完全轉(zhuǎn)化為2mol NO₂（g）時的能量變化圖．在一密閉絕熱容器中起始充入2mol NO₂（g），一段時間后反應(yīng)達平衡狀態(tài)，容器內(nèi)溫度將升高（升高、降低或不變）；此時混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為73.6，則反應(yīng)中能量的變化值為：-0.75Q．（用含有Q的表達式表示）．
（4）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應(yīng)原理是：
①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.9kJ•mol^-1
又知③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
則甲醇蒸氣完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式為CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.7kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖知，1min時△n（X）=（0.7-0.4）mol=0.3mol、△n（Y）=（1.0-0.4）mol=0.6mol，X、Y的計量數(shù)之比=0.3mol：0.6mol=1：2；
（2）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（X）；該反應(yīng)達限度時，消耗的Y為0.6mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)的量變化量}{起始物質(zhì)的量}$×100%；反應(yīng)開始時與反應(yīng)達平衡狀態(tài)時的壓強之比等于物質(zhì)的量之比；
（3）由圖2可知1mol N₂O₄（g）完全轉(zhuǎn)化為2mol NO₂（g）時的能量變化圖，是吸熱反應(yīng)，所以在一密閉絕熱容器中起始充入2mol NO₂（g），轉(zhuǎn)化為四氧化二氮是放熱反應(yīng)，一段時間后反應(yīng)達平衡狀態(tài)，容器內(nèi)溫度將升高；
            N₂O₄（g）?2NO₂（g）
初起：0mol            2mol
變化：xmol             2xmol
平衡：xmol             （2-2x）mol
而此時混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為73.6，即$\frac{2×46}{2-2x+x}$=73.6，解之得x=0.75mol，1mol N₂O₄（g）完全轉(zhuǎn)化為2mol NO₂（g）吸收熱量為Q，則2mol NO₂（g）完全轉(zhuǎn)化為1mol N₂O₄（g）放出熱量為Q，而轉(zhuǎn)化為2×0.75mol=1.5mol放出熱量為：$\frac{1.5}{2}×Q$=0.75Q；
（4）①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ/mol；
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=-192.9kJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol；
則：（②×3-①×2+③×2）得到CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）依據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱．

解答 解：（1）根據(jù)圖知，1min時△n（X）=（0.7-0.4）mol=0.3mol、△n（Y）=（1.0-0.4）mol=0.6mol，X、Y的計量數(shù)之比=0.3mol：0.6mol=1：2，所以曲線Y表示NO₂的物質(zhì)的量隨時間變化關(guān)系曲線，
故答案為：Y；
（2）在0到1min中內(nèi)用X表示該反應(yīng)的速率=$\frac{\frac{0.6mol-0.4mol}{2L}}{1min}$=0.1mol/（L•min）；該反應(yīng)達限度時，Y的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.6mol}{1.0mol}$=60%；反應(yīng)開始時與反應(yīng)達平衡狀態(tài)時的壓強之比為1.4mol：1.1mol=14：11，故答案為：0.1mol/（L•min）；60%；14：11；
（3）由圖2可知1mol N₂O₄（g）完全轉(zhuǎn)化為2mol NO₂（g）時的能量變化圖，是吸熱反應(yīng)，所以在一密閉絕熱容器中起始充入2mol NO₂（g），轉(zhuǎn)化為四氧化二氮是放熱反應(yīng)，一段時間后反應(yīng)達平衡狀態(tài)，容器內(nèi)溫度將升高；
            N₂O₄（g）?2NO₂（g）
初起：0mol            2mol
變化：xmol             2xmol
平衡：xmol             （2-2x）mol
而此時混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為73.6，即$\frac{2×46}{2-2x+x}$=73.6，解之得x=0.75mol，1mol N₂O₄（g）完全轉(zhuǎn)化為2mol NO₂（g）吸收熱量為Q，則2mol NO₂（g）完全轉(zhuǎn)化為1mol N₂O₄（g）放出熱量為Q，而轉(zhuǎn)化為2×0.75mol=1.5mol放出熱量為：$\frac{1.5}{2}×Q$=0.75Q，故答案為：升高；-0.75Q；
（4）①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ/mol；
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=-192.9kJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol；
則：（②×3-①×2+③×2）得到CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）依據(jù)蓋斯定律得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.7kJ/mol；故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.7kJ/mol．

點評 本題考查化學平衡有關(guān)計算和熱化學方程式的書寫，側(cè)重考查學生分析計算能力，學生明確蓋斯定律計算反應(yīng)熱方法及熱化學方程式書寫注意問題是解題關(guān)鍵，題目難度不大．