山東 孫 晶

一個不容忽視的命題熱點
——2NO2N2O4

山東 孫 晶

一、解讀2 NO2（g）幑幐N2O4（g）的反應(yīng)特征

可逆反應(yīng)2 NO2（g）幑幐N2O4（g）的反應(yīng)物和生成物都只有一種，所以有關(guān)它的化學(xué)平衡問題有一些特殊性。

首先我們來證明：在一定溫度下，任意量的NO2或N2O4或NO2和N2O4的混合氣，都可以建立相同的平衡。證明過程如下：

①一定溫度下，假設(shè)1m o l NO2在VL容器中達到某一平衡，則nm o l在n VL容器一定達到同一平衡。即任意量的NO2可以在建立相同的平衡（容器的容積可以不同）。同理，任意量的N2O4可以建立相同的平衡。

②相同條件下，2m o l N O2和1m o l的N2O4達到的平衡是相同的，所以任意量的N O2和N2O4可以建立相同的平衡。

③NO2和N2O4的混合氣體，無論其總量的多少，也無論NO2和N2O4的體積比是多少，都可以理解成NO2和N2O4分別單獨建立相同的平衡后再混合。所以任意量的NO2和N2O4的混合氣體可以建立相同的平衡。

根據(jù)上述結(jié)論，向某一平衡體系中加入任意量的NO2或N2O4或NO2和N2O4的混合氣體的問題，都可以轉(zhuǎn)換成加入不同量的相同平衡混合氣體問題了。若在恒溫恒容條件下，就相當于原平衡加壓；若在恒溫恒壓條件下，就相當于原平衡混合物的量增大。

在理解上述兩個“相當于”時要注意，它們都是指的反應(yīng)結(jié)果，而不是實際反應(yīng)過程。例如，恒溫恒容條件下，平衡體系中加入N2O4的實際反應(yīng)過程是平衡向生成NO2的方向移動，即有一部分N2O4轉(zhuǎn)化成NO2了；而反應(yīng)的結(jié)果卻相當于平衡向生成N2O4的方向移動，因為轉(zhuǎn)化成NO2的N2O4所占的比例比原來小，N2O4在混合物中的百分含量反而增大了。這兩者并不矛盾。

二、命題角度展示

題型1：用于判斷氣體相對分子質(zhì)量

例1 在相同條件下，將NO與O2按體積比為1∶1混合，所得氣體的平均相對分子質(zhì)量為（ ）

A.3 1 B.4 1.3

C.4 6 D.6 2

答案：C

題型2：用于判斷氣體顏色和可變?nèi)萜鞯捏w積

例2 在吸有4 0m L NO的針筒甲中，用另一針筒乙注入2 0m L O2（如圖所示）。從針筒甲能觀察到的現(xiàn)象為____ ________________________________________。當恢復(fù)到原來的溫度和壓強后，針筒甲中氣體體積有何變化？________。

A.大于4 0m L B.小于4 0m L

C.等于4 0m L D.無法確定

答案：先變紅棕色，后顏色變淺 B

題型3：用于判斷體積分數(shù)

A.不變 B.增大

C.減小 D.無法判斷

【解析】根據(jù)等同平衡原理，恒溫恒壓下，無論向容積可變的器皿中加入多少NO2，達到平衡時，N2O4的體積分數(shù)都相等。所以可以將過程等效設(shè)計為：先將平衡后通入的一定量NO2置于另一個相同條件下的容器中達到相同的平衡，再將它與原平衡混合氣體混合，由于是恒壓，所以混合時平衡不移動，N2O4的體積分數(shù)不變。

答案：A

解法點撥：該題型還有一個高度相似的“孿生題”，即恒溫、恒容條件下向平衡體系中加入一定量的NO2，則達到新的平衡后，N2O4的體積分數(shù)是增大的。這就要求同學(xué)們在審題時要注意字斟句酌，不放過任何一個細微的變化。

題型4：用于判斷平衡移動

例4 對于反應(yīng)N2O4（g）幑幐2 NO2（g）在溫度一定時，平衡體系中NO2的體積分數(shù)φ（NO2）隨壓強的變化情況如圖所示（實線上的任何一點為對應(yīng)壓強下的平衡點），下列說法正確的是（ ）

A.A、C兩點的正反應(yīng)速率的關(guān)系為A＞C

B.A、B、C、D、E各狀態(tài)中，v（正）＜v（逆）的是狀態(tài)E

C.維持p1不變，E→A所需時間為x；維持p2不變，D→C所需時間為y，則x＜y

D.使E狀態(tài)從水平方向到達C狀態(tài)后，再沿平衡曲線到達A狀態(tài)，從理論上來講，可選用的條件是從p1突然加壓至p2，再由p2無限緩慢降壓至p1

【解析】在有氣體參加的反應(yīng)體系中，增大壓強，反應(yīng)速率增大，A點的壓強小于C點，故反應(yīng)速率A＜C，A項錯誤；由圖象可知，A、B、C表示達到平衡狀態(tài)，故v（正）＝v（逆），E點表示向正向進行，v（正）＞v（逆），D點表示向逆向進行，v（正）＜v（逆），B項錯誤；由于p2＞p1，故在p2時反應(yīng)速率大于p1時，因此，達到平衡的時間比p1要短，y＜x，C項錯誤。

答案：D

題型5：融合數(shù)據(jù)考查速率與平衡

例5 在1 0 0℃時，將0.4 0m o l NO2氣體充入2L密閉容器中，每隔一段時間對該容器的物質(zhì)進行測量，得到的數(shù)據(jù)如下表：下列說法中正確的是（ ）

0 2 0 4 0 6 0 8 0 _n（NO2）（m o l）_ 0.4 0n1____0.2 6n3n時間（s）4__ 0.0 8 0.0 8n（N2O4）（m o l）0.0 0 0.0 5 __n2

A.反應(yīng)開始2 0 s內(nèi)NO2的平均反應(yīng)速率是0.0 0 1m o l·L－1·s－1

B.8 0s時混合氣體的顏色與6 0s時顏色相同，比4 0s時的顏色深

C.8 0s時向容器內(nèi)加0.3 2m o l H e，同時將容器擴大為4L，則平衡不移動

D.若起始投料為0.2 0m o l N2O4，相同條件下達到平衡，則各組分的含量與原平衡相同

【解析】由表中數(shù)據(jù)可知，從反應(yīng)開始至2 0s時，v（N2O4）＝0.0 0 1 2 5 m o l·L－1·s－1，則v（NO2）＝2v（N2O4）＝2×0.0 0 1 2 5 m o l·L－1·s－1＝0.0 0 2 5m o l·L－1·s－1，A錯誤；6 0s時處于化學(xué)平衡狀態(tài)，NO2的物質(zhì)的量不再變化，所以8 0s時與6 0s時混合氣體顏色相同，但n3＝n4＝0.2 4＜0.2 6，所以比4 0s時顏色淺，B錯誤；向該密閉容器中再充入0.3 2m o l H e，并把容器體積擴大為4L，H e為惰性氣體，不參與反應(yīng)，增大體積，對參加反應(yīng)的氣體來說，相當于是壓強減小，則平衡向生成NO2的方向移動，C錯誤；0.4 0m o l NO2與0.2 0m o l N2O4相當，若在相同條件下，最初向該容器充入的是0.2 0m o l N2O4，能夠達到同樣的平衡狀態(tài)，D正確。

答案：D

題型6：考查對該反應(yīng)特征的領(lǐng)悟

例6 對反應(yīng)2 NO2（g）幑幐N2O4（g），在一定條件下達到平衡，在溫度不變時，欲使c（NO2）／c（N2O4）的比值增大，應(yīng)采取的措施是（ ）

A.體積不變，增加NO2的物質(zhì)的量

B.體積不變，增加N2O4的物質(zhì)的量

C.使體積增大到原來的2倍

D.充入N2，保持壓強不變

【解析】根據(jù)等同平衡原理，相同條件下向容器中充入2m o l NO2和充入1m o l的N2O4達到的平衡是相同的。所以在體積不變的情況下，向某一平衡體系中充入NO2或N2O4都可以等效設(shè)計為向平衡體系中充入一定量的相同的平衡混合氣體，其效果都相當于加大壓強。因為加壓使平衡右移，所以c（NO2）／c（N2O4）的比值減小。

保持壓強不變充入N2，容器體積增大，相當于容器減壓，平衡左移，所以c（NO2）／c（N2O4）的比值增大。

答案：C D

解法點撥：加入NO2，平衡向正反應(yīng)方向移動；加入N2O4，平衡向逆反應(yīng)方向移動。但兩者移動的結(jié)果卻是相同的，都相當于加壓。這是由反應(yīng)的特殊性決定的。

反饋練習(xí)

1.在裝有可自由移動活塞的密閉容器中，盛有2 2.4m L NO，若通入1 1.2m L O2（氣體體積均在標準狀況下測定），保持溫度、壓強不變，則容器內(nèi)的密度為（ ）

A.等于1.3 6 9g·L－1

B.等于2.0 5 4g·L－1

C.在1.3 6 9g·L－1與2.0 5 4g·L－1之間

D.大于2.0 5 4g·L－1

A.體積減小將使反應(yīng)速率增大

B.體積不變時加入少許NO2，將使正反應(yīng)速率減小

C.體積不變時加入少許N2O4，達新平衡時顏色變深

D.體積不變時升高溫度，達新平衡時顏色變深

參考答案：

2.B提示：A、B是結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率變化判斷而設(shè)置的選項，C、D是結(jié)合化學(xué)平衡移動判斷而設(shè)置的選項。體積減小使反應(yīng)物濃度及生成物濃度都增大，所以無論正反應(yīng)還是逆反應(yīng)速率都增大。體積不變時增加NO2的瞬間反應(yīng)物的濃度不變，生成物的濃度增大，正反應(yīng)速率不變，逆反應(yīng)速率增大。體積不變時加入少許N2O4再度平衡，無論平衡如何移動，各物質(zhì)濃度均增大，顏色一定加深。體積不變，升高溫度，平衡向吸熱（正反應(yīng)）方向移動，顏色一定加深。

（作者單位：山東省莒縣四中）