Question

2013年12月2日，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭將“嫦娥三號(hào)”探月衛(wèi)星成功送入太空，進(jìn)一步向廣寒宮探索。“長(zhǎng)征三號(hào)甲”是三級(jí)液體助推火箭，一、二級(jí)為常規(guī)燃料，常規(guī)燃料通常指以肼（N₂H₄）為燃料，以二氧化氮做氧化劑。

Ⅰ．常規(guī)燃料通常指以肼（N₂H₄）為燃料，以二氧化氮做氧化劑。但有人認(rèn)為若用氟氣代替二氧化氮作氧化劑，反應(yīng)釋放的能量更大（兩者反應(yīng)生成氮?dú)夂头�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(qǐng)寫出肼和氟氣反應(yīng)的熱化學(xué)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(nèi)，800 ℃時(shí)反應(yīng)：

2NO(g)＋O₂(g)2NO₂(g)  ΔH  的體系中，n(NO)隨時(shí)間的變化如表：

時(shí)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(yīng)的ΔH ______0（填“大于”或“小于”），用O₂表示從0～2 s內(nèi)該反應(yīng)的平均速率為__________。

（2)能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。

a．容器內(nèi)顏色保持不變                  b． 2v_逆(NO)＝v_正(O₂)

c．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變                  d．容器內(nèi)密度保持不變

（3）為使該反應(yīng)的速率增大，提高NO的轉(zhuǎn)化率，且平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)應(yīng)采取的措施有           。

（4）在上述條件下，計(jì)算通入2 mol  NO和1 mol O₂的平衡常數(shù)K＝______________。

（5）在上述條件下，若開始通入的是0.2 mol  NO₂氣體，達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，則NO₂的轉(zhuǎn)化率為        。

 

Answer 1

【答案】

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(qiáng)（2分） 

（4）720  （2分）   （5）25%（2分）

【解析】

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(yīng)N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g），

該反應(yīng)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(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)都達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；K_800℃>K_1000℃，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；v(O₂)=（0.100－0.040）mol/2L×2 s＝0.015 mol·L^－1·s^－1

（2)a．容器內(nèi)顏色保持不變 ，說明二氧化氮的濃度保持一個(gè)定值，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，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(shù)，不能判斷是否達(dá)到平衡，錯(cuò)誤．

c．反應(yīng)是氣體壓強(qiáng)減小的反應(yīng)，平衡狀態(tài)容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，正確；

d．由于氣體的質(zhì)量不變，氣體的體積不變，則無論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在氣體的密度保持不變的特征，不能判斷是否達(dá)到平衡，錯(cuò)誤。

（3）根據(jù)外界條件對(duì)反應(yīng)速率與平衡的移動(dòng)分析解答。

（4）平衡常數(shù)K，只和溫度有關(guān)，所以通入2 mol  NO和1 mol O₂的平衡常數(shù)K和表格中的平衡常數(shù)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(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)NO₂濃度是0.0750mol/L，初始濃度是0.100mol/L，所以反應(yīng)了0.0250mol/L，即NO₂轉(zhuǎn)化率是25%。

考點(diǎn)：考查化學(xué)平衡，蓋斯定律。