试题与答案

(10分)NO2和N2O4混合气体的针管实验是高中化学的经典素材。理论估算和实测

题型:问答题

题目:

(10分)NO2和N2O4混合气体的针管实验是高中化学的经典素材。理论估算和实测发现,混合气体体积由V压缩为V/2,温度由298K升至311K。已知这两个温度下N2O4(g) 2NO2(g)的压力平衡常数Kp分别为0.141和0.363。

6-1 通过计算回答,混合气体经上述压缩后,NO2的浓度比压缩前增加了多少倍。

6-2 动力学实验证明,上述混合气体几微秒内即可达成化学平衡。压缩后的混合气体在室温下放置,颜色如何变化?为什么?

答案:

(10分)

6-1

⑴设混合气体未被压缩,在298K(V1、T1)达平衡,N2O4(g)的平衡分压为p1,NO2(g)的平衡分压为p2,则

p1 + p2 =" 1atm                          " (a)

KP(298K) = (p2/pӨ)2/(p1/pӨ) =" 0.141        " (b)

解联立方程(a)和(b),得:

p1 =" 0.688" atm,  p2 =" 0.312" atm

⑵设针管压缩未发生平衡移动,已知pT1 = 1atm,T1 = 298K,T2 = 311K,V2/V1 = 1/2,根据理想气体状态方程pT1 V1/ T1 = pT2 V2/ T2,解得:

pT2 =" 2.087" atm,N2O4(g)的分压p1 =" 1.436" atm,NO2的分压p2 =" 0.651" atm

⑶压缩引发压力变化,QP = 0.6512/1.436 =" 0.296" < 0.363 = KP(311K),平衡正向移动。设达到平衡时N2O4(g)分压减小x atm,则NO2的分压增加2x atm,有:

KP(311K) = [(p2 +2x)/pӨ]2/[(p1-x)/pӨ] =" 0.363        " (c)

解得:x =" 0.0317" atm。

N2O4(g)的平衡分压p1(311K) =" 1.404" atm,NO2(g)的平衡分压为p2(311K) ="0.714" atm

⑷浓度比等于分压比:p2(311K)/ p2(298K) =" 0.714/0.312" = 2.29,增加了1.29倍。

6-2 压缩后的混合气体在室温下放置,温度逐渐下降,平衡象放热方向移动,NO2聚合成N2O4,颜色逐渐变浅,直到体系温度降至室温,颜色不再变化。

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