一个不容忽视的命题热点——2NO2N2O4

山东 孙 晶

一个不容忽视的命题热点
——2NO2N2O4

山东 孙 晶

一、解读2 NO2（g）幑幐N2O4（g）的反应特征

可逆反应2 NO2（g）幑幐N2O4（g）的反应物和生成物都只有一种，所以有关它的化学平衡问题有一些特殊性。

首先我们来证明：在一定温度下，任意量的NO2或N2O4或NO2和N2O4的混合气，都可以建立相同的平衡。证明过程如下：

①一定温度下，假设1m o l NO2在VL容器中达到某一平衡，则nm o l在n VL容器一定达到同一平衡。即任意量的NO2可以在建立相同的平衡（容器的容积可以不同）。同理，任意量的N2O4可以建立相同的平衡。

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

③NO2和N2O4的混合气体，无论其总量的多少，也无论NO2和N2O4的体积比是多少，都可以理解成NO2和N2O4分别单独建立相同的平衡后再混合。所以任意量的NO2和N2O4的混合气体可以建立相同的平衡。

根据上述结论，向某一平衡体系中加入任意量的NO2或N2O4或NO2和N2O4的混合气体的问题，都可以转换成加入不同量的相同平衡混合气体问题了。若在恒温恒容条件下，就相当于原平衡加压；若在恒温恒压条件下，就相当于原平衡混合物的量增大。

在理解上述两个“相当于”时要注意，它们都是指的反应结果，而不是实际反应过程。例如，恒温恒容条件下，平衡体系中加入N2O4的实际反应过程是平衡向生成NO2的方向移动，即有一部分N2O4转化成NO2了；而反应的结果却相当于平衡向生成N2O4的方向移动，因为转化成NO2的N2O4所占的比例比原来小，N2O4在混合物中的百分含量反而增大了。这两者并不矛盾。

二、命题角度展示

题型1：用于判断气体相对分子质量

例1 在相同条件下，将NO与O2按体积比为1∶1混合，所得气体的平均相对分子质量为（ ）

A.3 1 B.4 1.3

C.4 6 D.6 2

答案：C

题型2：用于判断气体颜色和可变容器的体积

例2 在吸有4 0m L NO的针筒甲中，用另一针筒乙注入2 0m L O2（如图所示）。从针筒甲能观察到的现象为____ ________________________________________。当恢复到原来的温度和压强后，针筒甲中气体体积有何变化？________。

A.大于4 0m L B.小于4 0m L

C.等于4 0m L D.无法确定

答案：先变红棕色，后颜色变浅 B

题型3：用于判断体积分数

A.不变 B.增大

C.减小 D.无法判断

【解析】根据等同平衡原理，恒温恒压下，无论向容积可变的器皿中加入多少NO2，达到平衡时，N2O4的体积分数都相等。所以可以将过程等效设计为：先将平衡后通入的一定量NO2置于另一个相同条件下的容器中达到相同的平衡，再将它与原平衡混合气体混合，由于是恒压，所以混合时平衡不移动，N2O4的体积分数不变。

答案：A

解法点拨：该题型还有一个高度相似的“孪生题”，即恒温、恒容条件下向平衡体系中加入一定量的NO2，则达到新的平衡后，N2O4的体积分数是增大的。这就要求同学们在审题时要注意字斟句酌，不放过任何一个细微的变化。

题型4：用于判断平衡移动

例4 对于反应N2O4（g）幑幐2 NO2（g）在温度一定时，平衡体系中NO2的体积分数φ（NO2）随压强的变化情况如图所示（实线上的任何一点为对应压强下的平衡点），下列说法正确的是（ ）

A.A、C两点的正反应速率的关系为A＞C

B.A、B、C、D、E各状态中，v（正）＜v（逆）的是状态E

C.维持p1不变，E→A所需时间为x；维持p2不变，D→C所需时间为y，则x＜y

D.使E状态从水平方向到达C状态后，再沿平衡曲线到达A状态，从理论上来讲，可选用的条件是从p1突然加压至p2，再由p2无限缓慢降压至p1

【解析】在有气体参加的反应体系中，增大压强，反应速率增大，A点的压强小于C点，故反应速率A＜C，A项错误；由图象可知，A、B、C表示达到平衡状态，故v（正）＝v（逆），E点表示向正向进行，v（正）＞v（逆），D点表示向逆向进行，v（正）＜v（逆），B项错误；由于p2＞p1，故在p2时反应速率大于p1时，因此，达到平衡的时间比p1要短，y＜x，C项错误。

答案：D

题型5：融合数据考查速率与平衡

例5 在1 0 0℃时，将0.4 0m o l NO2气体充入2L密闭容器中，每隔一段时间对该容器的物质进行测量，得到的数据如下表：下列说法中正确的是（ ）

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

A.反应开始2 0 s内NO2的平均反应速率是0.0 0 1m o l·L－1·s－1

B.8 0s时混合气体的颜色与6 0s时颜色相同，比4 0s时的颜色深

C.8 0s时向容器内加0.3 2m o l H e，同时将容器扩大为4L，则平衡不移动

D.若起始投料为0.2 0m o l N2O4，相同条件下达到平衡，则各组分的含量与原平衡相同

【解析】由表中数据可知，从反应开始至2 0s时，v（N2O4）＝0.0 0 1 2 5 m o l·L－1·s－1，则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错误；6 0s时处于化学平衡状态，NO2的物质的量不再变化，所以8 0s时与6 0s时混合气体颜色相同，但n3＝n4＝0.2 4＜0.2 6，所以比4 0s时颜色浅，B错误；向该密闭容器中再充入0.3 2m o l H e，并把容器体积扩大为4L，H e为惰性气体，不参与反应，增大体积，对参加反应的气体来说，相当于是压强减小，则平衡向生成NO2的方向移动，C错误；0.4 0m o l NO2与0.2 0m o l N2O4相当，若在相同条件下，最初向该容器充入的是0.2 0m o l N2O4，能够达到同样的平衡状态，D正确。

答案：D

题型6：考查对该反应特征的领悟

例6 对反应2 NO2（g）幑幐N2O4（g），在一定条件下达到平衡，在温度不变时，欲使c（NO2）／c（N2O4）的比值增大，应采取的措施是（ ）

A.体积不变，增加NO2的物质的量

B.体积不变，增加N2O4的物质的量

C.使体积增大到原来的2倍

D.充入N2，保持压强不变

【解析】根据等同平衡原理，相同条件下向容器中充入2m o l NO2和充入1m o l的N2O4达到的平衡是相同的。所以在体积不变的情况下，向某一平衡体系中充入NO2或N2O4都可以等效设计为向平衡体系中充入一定量的相同的平衡混合气体，其效果都相当于加大压强。因为加压使平衡右移，所以c（NO2）／c（N2O4）的比值减小。

保持压强不变充入N2，容器体积增大，相当于容器减压，平衡左移，所以c（NO2）／c（N2O4）的比值增大。

答案：C D

解法点拨：加入NO2，平衡向正反应方向移动；加入N2O4，平衡向逆反应方向移动。但两者移动的结果却是相同的，都相当于加压。这是由反应的特殊性决定的。

反馈练习

1.在装有可自由移动活塞的密闭容器中，盛有2 2.4m L NO，若通入1 1.2m L O2（气体体积均在标准状况下测定），保持温度、压强不变，则容器内的密度为（ ）

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与2.0 5 4g·L－1之间

D.大于2.0 5 4g·L－1

A.体积减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，达新平衡时颜色变深

D.体积不变时升高温度，达新平衡时颜色变深

参考答案：

2.B提示：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。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。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。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。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。

（作者单位：山东省莒县四中）