关于"2NO2(红棕色)N2O4(无色)"平衡的认识与习题

关于“2NO2(红棕色

)

一、知识巩固： N2O4(无色) ”平衡的认识与习题

二氧化氮是红棕色气体(颜色同溴蒸汽),有毒,易压缩成无色液体，易溶于水,有强氧化性,造成光化学烟雾的主要因素； NO2的氧化性较强，碳、硫、磷等在NO2中容易起火燃烧，它和许多有机物的蒸气混合可形成爆炸性气体。

N02是单电子分子，在低温时易聚合成二聚体N204。

N2O4(无色

)2NO2(红棕色)2NO(无色) + O2

N2O4在固态时是无色晶体，由N02二聚体组成；在264K时熔解为黄色液体并含有少量NO2；当达到沸点时(294K)，在棕色气体中含15%NO2。在413K以上N2O4全部转变为NO2，超过423K，NO2发生分解，

N2O4 2NO2 △H＝57kJ·mol-1

2NO

2 2NO + O2

NO2易溶于水歧化生成HNO3和HNO2，而HNO2不稳定受热立即分解：

2NO2 + H2O HNO3 + HNO2

3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O

所以当NO2溶于热水时其反应(上述两反应的合并)如下:

3NO2 + H2O(热) 2HNO3 + NO

这个反应是工业上制备HNO3的一个重要反应。 θ

NO、NO2、O2溶于水的计算：

用总方程式4NO2+O2+2H2O＝4HNO3；4NO+3O2+2H2O＝4HNO3进行计算.

1、温度、已知NO2 在密闭的烧瓶中会发生聚合反应，生成N2O4 。

2NO2 N2O4 △H=-57.2kJ·mol -1

(红棕色) （无色）

该平衡体系的颜色为 ；正反应为 反应。

由于NO2与N2O4之间存在如下转化关系：2NO2 N2O4,故通常情况下NO2气体中也会存在少量N2O4，

由于以上转化是放热过程，故只有在高温低压情况下，NO2气体才相对较纯。

[思考1]若该反应达平衡后，将一个盛装该体系的烧瓶放入热水中，另一个放入冷水中，烧瓶中气体的颜色

会发生什么样的变化？（参看教材P49来填空）

{热水：混合气体的颜色混合气体的颜色理解：2NO2(气)

2、压强、 2NO2 N2O4 △H=-57.2kJ·mol -1N2O4(气)+热量，降低温度使平衡正向移动，部分红棕色NO2转化为无色N2O4。

视线：a方

（红棕色） （无色）

当活塞往外拉时，这必然是由于针筒内体积增大，

使气体的压强减小，浓度也减小，颜色变浅,后来颜色逐渐变深，这必然是由于化学平衡向着生成NO2反应的方向即气体体积增大的方向移动了；

当活塞往里推时，由于针筒内体积减小，气体的压强增大，浓度也增大，颜色变深。由于化学平衡向着生成N2O4的方向即气体体积缩小的方向移动，因此混合气体的颜色又逐渐变浅了。

[思考2]、在N2O4

2NO2平衡体系中，增大N2O4的浓度，则NO2和N2O4的物质的量之比可能（ ）

A 增大 B 减小 C 不变

①恒温恒容：B 减小

②恒温恒压：C 不变【p、T，再加入一些的NO2，重新平衡，NO2的体积分数与原来相比如何变？】 答案：B或C

分析：在判断比值的变化时，不仅要注意化学平衡移动的方向，还要将反应容器的特点纳入分析的范围。①若上述反应是在一个定容容器中进行的反应，加入N2O4后达到新的平衡状态，新的平衡状态与原平衡状态相比压强应当增大，压强增大将不利于N2O4的分解，使平衡向右移动，则NO2的量会减少。进而选定B答案。问题是否到此为止呢？

②若上述反应是在一个恒压容器中进行的反应，加入N2O4后达到新的平衡状态，新的平衡状态与原平衡状态相比压强相同，恒压容器中只要加入的物质物质的量之比不变，新的平衡状态与原平衡状态相同，进而选定C答案。

增加NO2的量，如果保持容器体积不变，则压强会增大，现在题目所设压强保持不变，则气体体积要相应的增大。 物质的量增加，体积也增加，浓度保持不变，与前者等效。 可以视为将两份等效的平衡的气体相加。

我认为，该题着重考查学生对有关平衡问题的概念掌握情况，以及等效平衡的基础知识。

【2NO2（气）

例1、某温度下，反应N2O42NO2-Q在密闭容器中达到平衡，下列说法不正确的是

A、加压时（体积变小），将使反应速率增大 B、体积不变时加入少许NO2，将使正反应速率减小

C、体积不变时加入少许N2O4，再度平衡时颜色变深 D、体积不变时，升高温度，再度平衡时颜色变深

分析：A、B是结合化学反应速率变化判断而设置的选项，C、D是结合化学平衡移动判断而设置的选项，速率变化与平衡移动是测试中的两个不同的侧面在分析中要加以区分。A、体积减小使反应物浓度及生成物浓度都增大，所以无论正反应还是逆反应速率都增大。B、体积不变时增加NO2的瞬间反应物的浓度不变，生成物的浓度增大，正反应速率不变，逆反应速率增大。C、体积不变时加入少许N2O4再度平衡，无论平衡如何移动各物质浓度均增大，颜色一定加深。

D、体积不变升高温度，平衡向吸热（正反应）方向移动，颜色一定加深。 答案：B

【变式1】一定条件下,建立平衡2NO2(g)

内颜色变浅

C,恒温恒压,再充入N2O4,达到新平衡时,混合气体的平均相对分子质量增大 D,恒温恒压,再充入Ar,达到新平衡时,NO2的转化率降低

解析：A错,相当与在一个一模一样的容器中加入与原来加入的一样,因为反应物生成物都是一种,加入这样就会有另一种,所以再将2个一模一样的容器压缩,那么平衡正向移动了,NO2体积分数小了

B错,冲入N2,使到容器压强增大了,但是各反应物组分浓度不变,平衡不移动,所以颜色不变.

C对,恒压,相当于有2个一模一样的容器有一模一样的组分，放在一起,不压缩,那么他们已经达到平衡了,就相当于原来只有1个的时候,组分浓度当然不变

D对.加入了Ar,由于是恒压,所以容器体积增大,各组分浓度减少,平衡向增大浓度的方向进行,所以平衡逆向移动,NO2的转化率低了.

例2、反应2NO2 N2O4（正反应放热），把充入一密闭容器中，一定条件下平衡后，若单独改变下列条件，能使平衡混合气体平均相对分子质量增加的是（）

A、通入NO2 B、升温 C、通入N2O4 D、通入N2

答：是 A和C，请解释原因，M=m/n,通入NO2和N2O4后使m增大而这种变化比n的变化大，故M变大。 而升温使n变大,M变小. 加氮气无影响

【变式2】二氧化氮在下列平衡2NO2=N2O4+Q ，在测定NO2的相对分子量时，下列条件中较为适宜的是（ ）？

N2O4 （气）；体积不变时，无论是加入NO2或者加入N2O4， NO2的转化率都增大（即新平衡中N2O4的含量都会增大） 】 N2O4(g),以下说法正确的是A,恒温恒容,再充入NO2,达到新平衡时,NO2的体积分数增大 B,恒温恒容,再充入N2,达到新平衡时,容器

A.130℃，3.03×10帕 B.20℃，1.01×10帕 C.130℃，5.05×10帕 D.0℃，5.05×10帕 例3、室温下，等体积的NO和O2混合后，混合气体的平均相对分子质量为（ ）。

A. 30； B. 31； C. 32； D. 41.33； E. ＞41.33

分析 本题有2个隐蔽条件：①NO会与O2反应生成NO2，使气体体积发生变化；②NO2会转化为N2O4，使混合气体的相对分子质量增加。

有的同学没有注意到上述隐蔽条件，只简单认为混合气体仍为NO和O2，计算出混合气体平均相对分子质量为： 30×1/2＋32×1/2＝31

有的同学只考虑到第1个隐蔽条件，没有注意到第2个隐蔽条件，认为混合气体是体积比为2：1的NO2与O2的混合气体，计算出混合气体的平均相对分子质量为： 46×2/3＋32×1/3＝41.33

解答： 若假定NO和O2只发生反应2NO2＋O2＝2NO2，生成的NO2与O2的体积比为2：1，其平均相对分子质量为41.33。

由于NO2与N2O4间存在平衡2NO

2N2O4，使一部分NO2转化为相对分子质量比NO2大的N2O4。所以混合气体的平均相对分子质量要大于41.33。答案为E。

【变式3】 定温定容密闭容器中充入a mol NO2,2NO2N2O4 △H

A 相对平均分子质量增大 B NO2转化率提高 C NO2质量分数增大 D反映放出的总热量大于原来的两倍

解析：①定温定容密闭容器中!

②2NO2 N2O4

a mol NO2 达到平衡后再充入a mol NO2,再次达到平衡---相当于增大压强,平衡右移!

设计等效平衡:2a mol NO2,体积为2倍,达到平衡后,再压缩为1体积,平衡右移!

例题4、一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，发生下列反应：

2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，达到平衡后改变下述条件，SO3气体平衡浓度不改变的是

A.保持温度和容器体积不变，充入1 mol SO3(g) B.保持温度和容器内压强不变，充入1 mol SO3(g)

C.保持温度和容器内压强不变，充入1 mol O2(g) D.保持温度和容器内压强不变，充入1 mol Ar(g) 解析：A中充入1 mol SO3气体，平衡向逆反应方向移动，新平衡时SO3浓度变大；C中充入1 mol O2气体，平衡向正反应方向移动，新平衡时SO3浓度变大；D中充入1 mol Ar气体，且保持压强不变，则容器的体积扩大，平衡向逆方向移动，新平衡时SO3浓度变小。

B中虽然充入1 mol SO3，但因容器内压强可以保持不变，体积可以自由扩大，所以新平衡与原平衡体系中各物质浓度分别相等，SO3浓度不变。正确答案为B。 答案：B

【变式4】 在密闭容器中，反应2SO32SO2＋O2-Q在某温度下达到平衡，若体系压强增大，平衡怎样移动？

分析 由PV=nRT可知P=nRT／V，增大体系压强的途径至少有5种情况，而对该平衡体系的影响却不尽相同．

（1）等温压缩容积，平衡向左移动．

（2）等温等容充入SO2或O2，平衡向左移动．

（3）等温等容充入SO3，平衡向右移动．

（4）等容升温，平衡向右移动．

（5）等温等容充入不参与反应的气体如He、N2，因各物质的浓度不发生变化，所以平衡不移动． 例题5、在一定温度下，有A、B两个容器，A是恒容密闭容器，B是恒压密闭容器。两容器起始状态完全相同，其中都充有NO2气体，如果只考虑发生下列可逆反应：2NO2

A、B都达到平衡。下列有关叙述正确的是

A．平衡反应速率：A＞B B．平衡时NO2物质的量：B＞A

C．平衡时NO2的转化率：A＞B D．平衡时N2O4物质的量：B＞A

解析：选D。由于是向气体体积减小的方向移动，所以平衡反应速率A《B，平衡时NO2物质的量：B《A，5544N2O4，分别经过一段时间后，

平衡时NO2的转化率：A《B，而只有D是对的。可以根据平衡移动原理来理解的，书上的内容是一切题的源头

二、[针对练习]

1、 在500℃时，2SO2 (g) + O2 (g)

果填入下表中。

2NO2 ( g ) 红棕色）；△H > 0 。2SO3 (g) △H﹤0的平衡体系中，若改变下列条件，请把影响结2、通常情况下N2O4 气体和NO2气体可相互转化：N2O4( g )（无色）

① N2O4和NO2互为同素异形体

② 气态时，1 mo1N2O4可完全分解成2mo1NO2

③ 鉴别NO2气体和澳蒸气可选用硝酸银溶液

④ N2O4 和NO2都是硝酸的酸酐 已知二氧化氮有较强的氧化性，则下列说法不正确的是_①②④_（选填序号）.

在标准状况下，NO2的密度_________（大于、小于、等于）2.05g / L

【密度：46g/22.4L=2.05327g/L. 隐含2NO2 N2O4 】

3、在温度t、压强P时，反应2NO2 N2O4+Q，在密闭容器中达到平衡，回答下列问题：

（1）若把容器扩大一倍，达到新平衡时（ ）

A 压强比原来的一半大 B 压强减半

C 二氧化氮浓度减半 D 四氧化二氮含量减少

（2）若只把反应体系温度升高10OC，达到新平衡时 （ ）

A 体系温度为t+10OC

B 体系温度比t+10OC低些

C 二氧化氮含量减少 D 四氧化二氮含量减少

4、100℃时，将0.1 mol N2O4置于1L密闭的烧瓶中，然后将烧瓶放入100℃ 的恒温槽中，烧瓶内的气体逐渐变为红棕色：N2O4(g) 2NO2 (g)。下列结论不能说明上述反应在该条件下已经达到反应限度的是．．

（ ）

①N2O4的消耗速率与NO2的生成速率之比为1:2②NO2的生成速率与NO2消耗速率相等③烧瓶内气体的压强不再变化④烧瓶内气体的质量不再变化⑤NO2的物质的量浓度不再改变⑥烧瓶内气体的颜色不再加深⑦烧瓶内气体的平均相对分子质量不再变化⑧烧瓶内气体的密度不再变化。

A、②③⑥⑦ B、①④⑧ C、只有①④ D、只有⑦⑧

5、如图A是由导热材料制成的密闭容器，B是一耐化学腐蚀且易于传热的气球。关闭K2，将等量且少量的NO2通过K1、K3分别充人A、B中，反应起始时，A、B的体积相同。已知：2NO2(红棕色) N2O4(无色) △H

(1)反应开始时，A、与B中生成N204的速率VA_ ___VB；一段时间后，反应达到平衡，此时A、B中生成的N2O4的速率是VA___ _VB。(填“>”、“

(2)若在A、B中再充人与初始量相等的NO2，则达到平衡时，NO2的转化率 αA将_____ (填增大或减小、不变)；若通人等量的Ne气，则达到平衡时，A中NO2的转化率将______，B中NO2的转化率将______(填：变大、变小、不变)。

(3)室温下，若A、B都保持体积不变，将A套上一个绝热层，B与外界可以进行热传递，则

达到平衡时，_________中的颜色较深。

(4)若在容器A中充人4.6g的NO2，达到平衡后容器内混合气体的平均相对分子质量为57.5，

则平衡时N2O4的物质的量为_________。则N02的转化率为 。

答：(1) =、

6、常温下，有一无色混和气体，可能有Cl2、HCl、NO、O2、CO2、N2、H2、NH3中的两种或多种组成。取此气体200mL进行如下实验：

（1）将气体通过浓H2SO4体积减小40mL；

（2）剩余气体通过足量Na2O2，体积又减小40mL；

（3）剩余气体仍为无色，引燃后冷却至室温，体积又减小105mL；

（4）最后测得剩余气体为15mL，且其中1/3是O2（体积）。

则原200mL混和气体由_____________气体组成，其体积分别为_________________。

答案：一定不含Cl2、HCl、NO、O2；一定含CO2、N2，H2、NH3；其体积分别是：CO280mol、N210mL、H270mL、NH340mL.

7、（10分）如图所示，当关闭K时，向A中充入4molX、14molY，向B中充入2molX、7molY，起始 时V（A）=V（B）=a升，在相同温度和有催化剂存在的条件下，两容器各自发生下列反应： 2X(g)+2Y(g)Z(g)+2W(g)；△H＜0达到平衡（Ⅰ）时，B中密度变为原来的10，试回答：

9

（1）B中X的转化率α(X)B为 ，Y的转化率α(Y)A为 。

（2）A中Z和B中的W物质的量的比较：n(Z)A n(W)B （填＜、＞、或＝）

（3）打开K，过一段时间重新达平衡（Ⅱ）时，B的体积为 升（用含a的代数式表示，连通管中

气体体积不计）

（4）在温度不变的情况下，要使B容器恢复原来反应前的体积，可采取的

措施是 。

答（1）90％ 25.7％（2）> （3）1.7a（4）增大压强（或将活塞向左推）

8、如图10-5（a中活塞的质量与筒壁的摩擦力不计；与K相连的细管的体积也忽略不计）。在标准状况下：

（1）b中气体与水不接触，打开K，足够长时间后，a中气体体积减少范围是： VLV(减小)1VL。

2

（2）在上述（1）之后，快速推a中活塞至a中气体全部进入b中，观察到的现象是红棕色气体颜色变深后又变浅；原因是a中气体进入b中后，NO2浓度增大，颜色加深，又因为2NO2（红棕色）N2O4(g) NO2浓度增大（或气体压强增大）时，平衡正向移动，NO2浓度又降低，红棕色又变浅___。

（3）若固定a中活塞如图10-5所示，打开K，移走b的密封套，足够长时间后，

观察到的现象是 a、b中气体由无色逐渐变为红棕色，溶液（或水）缓慢进入b中，最终充满b，且_，所得溶质的物质的量浓度为（设溶质不扩散到水槽中） _4或1mol/mol/L39.2722.4。（8分）

9、1、（6分）如图所示，当关闭阀门K时，向甲中充入1.5 mol A、3.5 mol B，向乙中充入3 mol A、7 mol B，起始时，甲、乙体积均为V L。在相同温度和有催化剂存在的条件下，两容器中各自发生下列反应： 3A(g)＋2B(g)C(g)＋2D(g)；ΔH

V(乙)=0.86V L。请回答：

（1）乙中B的转化率为 ；

（2）甲中D和乙中C(D)的物质的量比较：

（填“相等”、“前者大”、“后者大”）；

（3）打开K，过一段时间重新达平衡（Ⅱ）时，乙的

体积为 （用含V的代数式表示，连通管中气体

体积忽略不计。）

答．（1）20% （2）后者大 （3）0.29VL

10、在一支13mL的试管中充满NO2和O2，将其倒立在盛有足量水的水槽 中，若完全反应后，试管内剩余气体为1mL，试确定原混合气体中NO2与O2的体积各是多少mL。

答案：原混合气体中

NO

2与

O2的体积分别为11 mL、2mL或9.6 mL、3.4mL。