Question

在溫度為373K時，將0.100mol無色的N₂O₄氣體放入1L抽空的密閉容器中，立刻出現紅棕色，直至建立N₂O₄2NO₂的平衡。下圖是隔一定時間測定到的N₂O₄的濃度（縱坐標為N₂O₄的濃度，橫坐標為時間）

（1）計算在20至40秒時間內，NO₂的平均生成速率為            mol?L_­^-1?S_­ ^-1。
（2）①該反應的化學平衡常數表達式為               。
②求該溫度下平衡常數的值。（寫出計算過程，下同）
（3）求達到平衡狀態時N₂O₄的轉化率。
（4）求平衡時容器內氣體壓強與反應前的壓強之比為多少?(最簡整數比)。

Answer 1

（1）0.002（2分）（2）①K= C²(NO₂)/C(N₂O₄) （2分） ②0.36（2分）
（3）60%（2分） （4）8:5（2分）

試題分析：（1）由圖象可知，20至40秒時間內N₂O₄的濃度由0.07mol/L減小為0.050mol/L，
則其反應速率為（0.07mol/L?0.05mol/L）÷20s=0.001mol/（L．s），由反應速率之比等于化學計量數之比，則NO₂的反應速率為0.001mol/（L．s）×2=0.002mol/（L．s），故答案為：0.002；
（2）①平衡常數為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，則K=，故答案為：K=；
②根據圖像可知反應到60s時達到平衡狀態，平衡時消耗N₂O₄的濃度為0.100mol/L－0.040mol/L＝0.060mol/L，所以根據方程式可知生成NO₂的濃度為0.060mol/L×2＝0.120mol/L，因此平衡常數K＝＝＝0.036；
（3）根據以上分析可知達到平衡狀態時N₂O₄的轉化率為×100%＝60%；
（4）根據阿伏加德羅定律可知平衡時容器內氣體壓強與反應前的壓強之比為＝8:5。