При 400 К в ампуле содержание одной из равновесных форм пренебрежимо мало. При охлаждении закрытой ампулы от 400 К до 300 К равновесное давление внутри ампулы изменилось в 2,1 раза. Определите мольную долю NO₂ в равновесной смеси при 300 К. Ответ выразите в процентах, округлите до десятых.

При высокой температуре пренебрежимо мало содержание N₂O₄, поэтому исходно в ампуле можно считать, что находится только NO₂. При охлаждении часть NO₂ превращается в N₂O₄ по реакции \(2\mathrm{NO_2}(г) \rightleftharpoons \mathrm{N_2O_4}(г)\).

1. Пусть исходно было \(n_0\) моль NO₂, а при 300 К доля NO₂ в смеси равна \(x\). Тогда количество NO₂ равно \(xn_0\), а количество N₂O₄ — \((1-x)n_0/2\), поскольку из двух молей NO₂ образуется один моль N₂O₄.

2. Общее количество газа при 300 К: \(n_{300}=xn_0+(1-x)n_0/2=n_0(1+x)/2\).

3. Для одной и той же ампулы из уравнения состояния идеального газа \(P\propto nT\). При охлаждении давление уменьшается, поэтому \(P_{400}/P_{300}=2.1\), то есть \(P_{300}/P_{400}=1/2.1\).

4. Следовательно, \(\frac{P_{300}}{P_{400}}=\frac{n_{300}\cdot300}{n_0\cdot400}=\frac{3(1+x)}{8}=\frac{1}{2.1}\). Отсюда \(x=\frac{8}{3\cdot2.1}-1\approx0.2698\).

Ответ: мольная доля NO₂ при 300 К составляет 27,0%.