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(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
更新时间:2024-04-27 02:23:56
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问题描述:

(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?

董学平回答:
  (10分)6-1⑴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"atm⑵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pT1V1/T1=pT2V2/T2,解得:pT2="2.087"atm,N2O4(g)的分压p1="1.436"atm,NO2的分压p2="0.651"atm⑶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xatm,则NO2的分压增加2xatm,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"atm⑷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。   略
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