Question

(1)已知NO₂和N₂O₄的结构式如右图所示。已知：N—N的键能为a kJ/mol，NO₂和N₂O₄中N=O键键能分别是b kJ/mol和c kJ/mol。写出NO₂转化为N₂O₄的热化学方程式________________（△H用a、b、c的代数式表示）。

(2)在100℃时，将0.4mol NO₂放入2L的真空容器中发生反应：2NO₂N₂O₄。测得容器内气体的物质的量随时间变化如下表：

时间/s	0	20	40	60	80
n(NO2)/mol	0.4	n1	0.26	n3	n4
n(N2O4)/mol	0	0.05	n2	0.08	0.08

①上述条件下，前20s内以NO₂表示的平均化学反应速率为_________________________；达到平衡状态时，NO₂的转化率是________。

②n₂_______ n₃(填“>”、“=”、“<”)。

③80s时，向容器内加入NO₂和N₂O₄各0.24mol，化学平衡将_________(填“向正反应方向移动”、“ 向逆反应方向移动”、“不移动”)。

④若将NO₂的起始物质的量改为0.2mol，在相同条件下进行实验，要想达到与上述平衡相同的平衡状态，则起始时还需要加入适量的N₂O₄气体，则N₂O₄的浓度为_____________。

Answer

2NO2(g) =N2O4(g) △H = (4b-a-4c) kJ/mol（或2NO2(g) ⇌ N2O4(g) △H = -(a+4c-4b) kJ/mol） 0.0025mol/(L·s) 40% < 不移动 0.05mol/L

【解析】(1)反应热等于断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，则NO2转化为N2O4的热化学方程式为2NO2(g)=N2O4(g) △H=(4b－a－4c)kJ·mol－1；(2)①前20s内生成N2O4是0.05mol，根据方程式可知消耗NO2是0.1mol，浓度是0.05mol/L，则以NO2表示的平均化学反应速率为0.05mol/L÷20s＝0.0025mol/(L·s)；达到平衡状态时，生成N2O4是0.08mol，消耗NO2是0.16mol，所以NO2的转化率是0.16mol/0.4mol×100%＝40%；②n2＝(0.4mol－0.26mol)/2＝0.07mol，n3＝0.4mol－0.08mol×2＝0.24mol，因此n2＜n3。③80s时反应达到平衡状态，平衡常数K＝。向容器中加入NO2和N2O4各0.24mol，此时浓度熵Q＝，所以化学平衡不移动。④若将NO2的起始物质的量改为0.2mol，在相同条件下进行实验，要想达到与上述平衡相同的平衡状态，则转化后NO2应该满足0.4mol，因此需要N2O4转化生成0.2molNO2，所以需要N2O40.1mol，浓度是0.05mol/L。