Question

2013年12月2日，我國在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”運載火箭將“嫦娥三號”探月衛星成功送入太空，進一步向廣寒宮探索。“長征三號甲”是三級液體助推火箭，一、二級為常規燃料，常規燃料通常指以肼（N₂H₄）為燃料，以二氧化氮做氧化劑。
Ⅰ．常規燃料通常指以肼（N₂H₄）為燃料，以二氧化氮做氧化劑。但有人認為若用氟氣代替二氧化氮作氧化劑，反應釋放的能量更大（兩者反應生成氮氣和氟化氫氣體）。
已知：N₂H₄(g)+O₂(g)=N₂(g)+2H₂O(g)  △H = －543kJ·mol^－1
H₂(g)+  F₂(g)  =  HF(g)     △H = －269kJ·mol^－1
H₂(g)+  O₂(g)  =  H₂O(g)     △H = －242kJ·mol^－1
請寫出肼和氟氣反應的熱化學方程式：_____________________________。
Ⅱ．氧化劑二氧化氮可由NO和 O₂生成，已知在2 L密閉容器內，800 ℃時反應：
2NO(g)＋O₂(g)2NO₂(g)  ΔH 的體系中，n(NO)隨時間的變化如表：

時間(s)	0	1	2	3	4	5
n(NO)(mol)	0.200	0.100	0.080	0.050	0.050	0.050
n(O2)(mol)	0.100	0.050	0.040	0.025	0.025	0.025

 
(1) 已知：K_800℃>K_1000℃，則該反應的ΔH ______0（填“大于”或“小于”），用O₂表示從0～2 s內該反應的平均速率為__________。
（2)能說明該反應已達到平衡狀態的是________。
a．容器內顏色保持不變                  b． 2v_逆(NO)＝v_正(O₂)
c．容器內壓強保持不變                  d．容器內密度保持不變
（3）為使該反應的速率增大，提高NO的轉化率，且平衡向正反應方向移動應采取的措施有          。
（4）在上述條件下，計算通入2 mol  NO和1 mol O₂的平衡常數K＝______________。
（5）在上述條件下，若開始通入的是0.2 mol  NO₂氣體，達到化學平衡時，則NO₂的轉化率為       。

Answer 1

Ⅰ．N₂H₄(g)+2F₂(g)=N₂(g)+4HF(g) △H=－1135kJ·mol^－1   （2分）
Ⅱ．(1) 小于（2分）  　0.015 mol·L^－1·s^－1     （2分）
（2)   a 、c　（2分）  （3）通入氧氣、增大壓強（2分） 
（4）720  （2分）  （5）25%（2分）

試題分析：Ⅰ．由N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）；△H=-543kJ?mol^-1①
H₂(g)+  F₂(g)  =  HF(g)     △H = －269kJ·mol^－1②
H₂(g)+  O₂(g)  =  H₂O(g)     △H = －242kJ·mol^－1③
利用蓋斯定律可知①+②×4-③×2可得反應N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g），
該反應的△H=（-543kJ?mol^-1）+4×（-269kJ?mol^-1）-2×（-242kJ?mol^-1）=-1135kJ?mol^-1，
故答案為：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g）△H=-1135kJ?mol^-1
Ⅱ．(1) 化學平衡常數，是指在一定溫度下，可逆反應都達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫；K_800℃>K_1000℃，說明升高溫度平衡向逆反應移動，故正反應是放熱反應；v(O₂)=（0.100－0.040）mol/2L×2 s＝0.015 mol·L^－1·s^－1
（2)a．容器內顏色保持不變 ，說明二氧化氮的濃度保持一個定值，反應達到平衡狀態，正確；
B．2v_逆(NO)＝v_正(O₂)，v(NO)與v(O₂)的速率比不等于方程式前面的系數，不能判斷是否達到平衡，錯誤．
c．反應是氣體壓強減小的反應，平衡狀態容器內壓強保持不變，說明反應達到平衡，正確；
d．由于氣體的質量不變，氣體的體積不變，則無論是否達到平衡狀態，都存在氣體的密度保持不變的特征，不能判斷是否達到平衡，錯誤。
（3）根據外界條件對反應速率與平衡的移動分析解答。
（4）平衡常數K，只和溫度有關，所以通入2 mol  NO和1 mol O₂的平衡常數K和表格中的平衡常數相同。
2NO(g) ＋   O₂(g)      2NO₂(g)
初始（mol）  0.200       0.100            0
變化（mol）   0.150       0.075           0.150
平衡（mol）   0.050       0.025           0.150
濃度（mol/L） 0.025       0.0125          0.0750 
K＝＝＝720
（5）在上述條件下，若開始通入的是0.2molNO₂氣體，和開始通入0.200molNO和0.100molO₂等效，所以達到平衡狀態時NO₂濃度是0.0750mol/L，初始濃度是0.100mol/L，所以反應了0.0250mol/L，即NO₂轉化率是25%。