Question

2013年12月2日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號甲”運載火箭將“嫦娥三號”探月衛(wèi)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(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)生成氮氣和氟化氫氣體）．
已知：N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g），△H=-543kJ?mol^-1；

1

2

H₂（g）+

1

2

F₂（g）═HF（g），△H=-269kJ?mol^-1；H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g），△H=-242kJ?mol^-1
請寫出肼和氟氣反應(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2L密閉容器內(nèi)，800℃時反應(yīng)：2NO（g）+O₂（g）?2ΝΟ₂（g）△H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(yīng)的△H

 

0（填“大于”或“小于”），用O₂表示從0～2s內(nèi)該反應(yīng)的平均速率為

 

．
（2）能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(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)方向移動應(yīng)采取的措施有

 

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

 

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

 

．

Answer 1

分析：I．利用蓋斯定律來尋找已知的反應(yīng)與目標(biāo)反應(yīng)的關(guān)系，然后計算未知反應(yīng)的反應(yīng)熱，再書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
II．（1）根據(jù)溫度越高，K越小，說明升高溫度平衡逆移；根據(jù)氧氣的濃度變化計算其反應(yīng)速率；
（2）可逆反應(yīng)達到平衡時，v正=V逆 （同種物質(zhì)表示）或正逆速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比（不同物質(zhì)表示），反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量、濃度、含量不再變化，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，由此進行判斷；
（3）根據(jù)影響平衡的因素分析；
（4）根據(jù)溫度不變，K不變，所以所以根據(jù)表格中數(shù)據(jù)計算即可；
（5）在上述條件下，若開始通入的是0.2mol NO₂氣體，若把NO₂全部轉(zhuǎn)化為NO和O₂，恰好與原來的反應(yīng)的初始量相同，則與原平衡為等效平衡，根據(jù)等效平衡原理分析．

解答：解：I．由N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）；△H=-543kJ?mol^-1①

1

2

H₂（g）+

1

2

F₂（g）=HF（g）；△H=-269kJ?mol^-1②
H₂（g）+

1

2

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，所以肼和氟氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g）△H=-1135kJ?mol^-1；
故答案為：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g）△H=-1135kJ?mol^-1；
II．（1）已知：K_800℃＞K_1000℃，說明溫度越高，K越小，說明升高溫度平衡逆移，即正方向為放熱反應(yīng)；
0～2s內(nèi)氧氣的濃度變化為△c（O₂）=

0.100-0.040

2

mol/L=0.030mol/L，所以v=

△c

t

=

0.030mol/L

2s

=0.015 mol?L^-1?s^-1；
故答案為：小于；0.015 mol?L^-1?s^-1；
（2）a、隨反應(yīng)進行，反應(yīng)混合氣體中NO₂濃度增大，氣體顏色變深，當(dāng)容器內(nèi)顏色保持不變，說明反應(yīng)到達平衡，故a錯誤；
b、當(dāng)達到平衡狀態(tài)時，v_逆（NO）=2v_正（O₂），故b錯誤；
c、隨反應(yīng)進行，反應(yīng)混合氣體的總物質(zhì)的量減少，壓強減小，當(dāng)壓強不變即是平衡狀態(tài)，故c正確；
d、混合氣體的總質(zhì)量不變，容器容積為定值，所以密度自始至終不變，不能說明達到平衡，故d錯誤；
故答案為：ac；
（3）已知2NO（g）+O₂（g）?2ΝΟ₂（g）△H＜0，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，則應(yīng)該通入氧氣、增大壓強；
故答案為：通入氧氣、增大壓強；
（4）反應(yīng)的溫度不變，則K不變，由表中數(shù)據(jù)可知：平衡時c（NO）=0.0025mol/L，c（O₂）=0.00125mol/L，c（ΝΟ₂）=

(0.200-0.050)mol

2L

=0.075mol/L，
則K=

c2(NO2)

c2(NO)?c(O2)

=

0.0752

0.00252×0.00125

=720；
故答案為：720；
（5）在上述條件下，若開始通入的是0.2mol NO₂氣體，若把NO₂全部轉(zhuǎn)化為NO和O₂，恰好與原來的反應(yīng)的初始量相同，則與原平衡為等效平衡，原平衡中NO的轉(zhuǎn)化率為

0.200-0.050

0.200

×100%=75%，所以若開始通入的是0.2mol NO₂氣體，則轉(zhuǎn)化率為1-75%=25%；
故答案為：25%．

點評：本題涉及知識點較多，化學(xué)平衡常數(shù)的計算、外界條件對化學(xué)平衡的影響是學(xué)習(xí)重點也是學(xué)習(xí)難點，更是考查熱點，難度較大．