Question

10．無色氣體N₂O₄是一種強(qiáng)氧化劑，為重要的火箭推進(jìn)劑之一．N₂O₄與NO₂轉(zhuǎn)換的熱化學(xué)方程式為：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+24.4kj/mol
（1）將一定量N₂O₄投入固定容積的真空容器中，下述現(xiàn)象能說明反應(yīng)達(dá)到平衡的是bc．
a．v_正（N₂O₄）=2v_逆（NO₂）           b．體系顏色不變
c．氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不變     d．氣體密度不變
達(dá)到平衡后，保持體積不變升高溫度，再次到達(dá)平衡時(shí)，則混合氣體顏色變深（填
“變深”、“變淺”或“不變”），判斷理由正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高平衡正向移動(dòng)，c（NO₂）增加，顏色加深_．
（2）平衡常數(shù)K可用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)分壓表示，即K表達(dá)式中用平衡分壓代替平衡濃度，分壓=總壓×物質(zhì)
的量分?jǐn)?shù)（例如：p（NO₂）=p_總×x（NO₂）．寫出上述反應(yīng)平衡常數(shù)Kp表達(dá)式$\frac{{p}_{總}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$（用p_總、各氣體物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x表示）．
（3）在一恒溫恒容的容器中，發(fā)生反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g），下列圖象正確的是B．

（4）上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率v_正=k_正•p（N₂O₄），逆反應(yīng)速率v_逆=k_逆•P²（NO₂），其中k_正、k_逆為速率常數(shù)，則K_p為$\frac{{K}_{正}}{{K}_{逆}}$（以k_正、k_逆表示）．若將一定量N₂O₄投入真空容器中恒溫恒壓分解（溫度298K、壓強(qiáng)100kPa），已知該條件下k_正=4.8×l0⁴ s^-1，當(dāng)N₂O₄分解10%時(shí)，v_正=3.9×10⁶_kPa•s^-1；
（5）真空密閉容器中放人一定量N₂O₄，維持總壓強(qiáng)p₀恒定，在溫度為T時(shí)，平衡時(shí)N₂O₄分解百分率為a．保持溫度不變，向密閉容器中充人等量N₂O₄，維持總壓強(qiáng)在2p₀條件下分解，則N₂O₄的平衡分解率的表達(dá)式為$\sqrt{\frac{{a}^{2}}{2-{a}^{2}}}$．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達(dá)平衡；
正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高平衡正向移動(dòng)，NO₂的濃度增大；
（2）由題目信息可知，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（P_B）表示平衡常數(shù)為：生成物分壓的系數(shù)次冪乘積與反應(yīng)物分壓系數(shù)次冪乘積的比；
（3）A．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；
B．N₂O₄的物質(zhì)的量越大，壓強(qiáng)越大，正方向進(jìn)行的程度越��；
C．NO₂的物質(zhì)的量越大，壓強(qiáng)越大，逆方向進(jìn)行的程度越大；
D．△H與反應(yīng)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比；
（4）平衡時(shí)正逆速率相等，由v_正=k_正．p（N₂O₄），v_逆=k_逆．p²（NO₂），聯(lián)立可得K_p；
根據(jù)四氧化二氮的分解率計(jì)算各組分物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算四氧化二氮的分壓p（N₂O₄），再根據(jù)v_正=k_正．p（N₂O₄）計(jì)算；
（5）保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，根據(jù)平衡常數(shù)K_p=$\frac{[{p}_{總}×x（N{O}_{2}）]^{2}}{{p}_{總}×x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{p}_{總}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$計(jì)算．

解答 解：（1）a．應(yīng)是2v_正（N₂O₄）=v_逆（NO₂） 時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．體系顏色不變，說明二氧化氮濃度不變，反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)減小混合氣體總物質(zhì)的量增大，平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，當(dāng)氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，故c正確；
d．混合氣體的總質(zhì)量不變，容器的容積不變，氣體密度始終不變，故d錯(cuò)誤，
正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高平衡正向移動(dòng)，c（NO₂）增加，顏色加深，
故答案為：bc；變深；正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高平衡正向移動(dòng)，c（NO₂）增加，顏色加深；
（2）由題目信息可知，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（P_B）表示平衡常數(shù)為：生成物分壓的系數(shù)次冪乘積與反應(yīng)物分壓系數(shù)次冪乘積的比，N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常數(shù)K_p=$\frac{[{p}_{總}×x（N{O}_{2}）]^{2}}{{p}_{總}×x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{p}_{總}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$；
故答案為：$\frac{{p}_{總}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$；
（3）A．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，圖象不符合，故A錯(cuò)誤；
B．N₂O₄的物質(zhì)的量越大，壓強(qiáng)越大，正方向進(jìn)行的程度越小，N₂O₄的轉(zhuǎn)化率越小，圖象符合，故B正確；
C．NO₂的物質(zhì)的量越大，壓強(qiáng)越大，逆方向進(jìn)行的程度越大，則NO₂的百分含量越小，圖象不符合，故C錯(cuò)誤；
D．△H與反應(yīng)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比，△H不隨NO₂的物質(zhì)的量的變化而變化，故D錯(cuò)誤；
故答案為：B；
（4）平衡時(shí)正逆速率相等，由v_正=k_正．p（N₂O₄），v_逆=k_逆．p²（NO₂），聯(lián)立可得K_p=$\frac{{K}_{正}}{{K}_{逆}}$，
當(dāng)N₂O₄分解10%時(shí)，設(shè)投入的N₂O₄為1mol，轉(zhuǎn)化的N₂O₄為0.1mol，則：
N₂O₄（g）?2NO₂（g） 物質(zhì)的量增大△n
1                                             2-1=1
0.1mol                                    0.1mol
故此時(shí)p（N₂O₄）=$\frac{1mol-0.1mol}{1mol+0.1mol}$×100kPa=$\frac{9}{11}$×100kPa，則v_正=4.8×l0⁴s^-1×$\frac{9}{11}$×100kPa=3.9×10⁶ kPa•s^-1；
故答案為：$\frac{{K}_{正}}{{K}_{逆}}$；3.9×10⁶；
（5）在溫度為T時(shí)，平衡時(shí)N₂O₄分解百分率為a，設(shè)投入的N₂O₄為1mol，轉(zhuǎn)化的N₂O₄為amol，則：
                         N₂O₄（g）?2NO₂（g）
起始量（mol）：1                   0
變化量（mol）：a                   2a
平衡量（mol）：1-a                2a
故x（N₂O₄）=$\frac{1-a}{1+a}$，x（NO₂）=$\frac{2a}{1+a}$，
則平衡常數(shù)K_p=$\frac{[{p}_{總}×x（N{O}_{2}）]^{2}}{{p}_{總}×x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{p}_{總}×{x}^{2}（N{O}_{2}）}{x（{N}_{2}{O}_{4}）}$=p₀×$\frac{（\frac{2a}{1+a}）^{2}}{\frac{1-a}{1+a}}$
保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，令N₂O₄的平衡分解率為y，則：
p₀×$\frac{（\frac{2a}{1+a}）^{2}}{\frac{1-a}{1+a}}$=2p₀×$\frac{（\frac{2y}{1+y}）^{2}}{\frac{1-y}{1+y}}$，
解得y=$\sqrt{\frac{{a}^{2}}{2-{a}^{2}}}$
故答案為：$\sqrt{\frac{{a}^{2}}{2-{a}^{2}}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算，題目難度中等，題目涉及化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)平衡常數(shù)及其計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率等，側(cè)重考查學(xué)生信息獲取與知識(shí)遷移運(yùn)用的能力．