Question

2013年12月2日，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭将“嫦娥三号”探月卫星成功送入太空，进一步向广寒宫探索．“长征三号甲”是三级液体助推火箭，一、二级为常规燃料，常规燃料通常指以肼（N₂H₄）为燃料，以二氧化氮做氧化剂．
Ⅰ．常规燃料通常指以肼（N₂H₄）为燃料，以二氧化氮做氧化剂．但有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂，反应释放的能量更大（两者反应生成氮气和氟化氢气体）．
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
请写出肼和氟气反应的热化学方程式：

 

．
Ⅱ．氧化剂二氧化氮可由NO和O₂生成，已知在2L密闭容器内，800℃时反应：2NO（g）+O₂（g）?2ΝΟ₂（g）△H的体系中，n（NO）随时间的变化如表：

时间（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℃，则该反应的△H

 

0（填“大于”或“小于”），用O₂表示从0～2s内该反应的平均速率为

 

．
（2）能说明该反应已达到平衡状态的是

 

．
a．容器内颜色保持不变                  b． 2v_逆（NO）=v_正（O₂）
c．容器内压强保持不变                  d．容器内密度保持不变
（3）为使该反应的速率增大，提高NO的转化率，且平衡向正反应方向移动应采取的措施有

 

．
（4）在上述条件下，计算通入2mol NO和1mol O₂的平衡常数K=

 

．
（5）在上述条件下，若开始通入的是0.2mol NO₂气体，达到化学平衡时，则NO₂的转化率为

 

．

Answer 1

分析：I．利用盖斯定律来寻找已知的反应与目标反应的关系，然后计算未知反应的反应热，再书写热化学反应方程式；
II．（1）根据温度越高，K越小，说明升高温度平衡逆移；根据氧气的浓度变化计算其反应速率；
（2）可逆反应达到平衡时，v正=V逆 （同种物质表示）或正逆速率之比等于化学计量数之比（不同物质表示），反应混合物各组分的物质的量、浓度、含量不再变化，以及由此衍生的一些量也不发生变化，由此进行判断；
（3）根据影响平衡的因素分析；
（4）根据温度不变，K不变，所以所以根据表格中数据计算即可；
（5）在上述条件下，若开始通入的是0.2mol NO₂气体，若把NO₂全部转化为NO和O₂，恰好与原来的反应的初始量相同，则与原平衡为等效平衡，根据等效平衡原理分析．

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
利用盖斯定律可知①+②×4-③×2可得反应N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g），
该反应的△H=（-543kJ?mol^-1）+4×（-269kJ?mol^-1）-2×（-242kJ?mol^-1）=-1135kJ?mol^-1，所以肼和氟气反应的热化学方程式：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g）△H=-1135kJ?mol^-1；
故答案为：N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g）△H=-1135kJ?mol^-1；
II．（1）已知：K_800℃＞K_1000℃，说明温度越高，K越小，说明升高温度平衡逆移，即正方向为放热反应；
0～2s内氧气的浓度变化为△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；
故答案为：小于；0.015 mol?L^-1?s^-1；
（2）a、随反应进行，反应混合气体中NO₂浓度增大，气体颜色变深，当容器内颜色保持不变，说明反应到达平衡，故a错误；
b、当达到平衡状态时，v_逆（NO）=2v_正（O₂），故b错误；
c、随反应进行，反应混合气体的总物质的量减少，压强减小，当压强不变即是平衡状态，故c正确；
d、混合气体的总质量不变，容器容积为定值，所以密度自始至终不变，不能说明达到平衡，故d错误；
故答案为：ac；
（3）已知2NO（g）+O₂（g）?2ΝΟ₂（g）△H＜0，为使该反应的速率增大，提高NO的转化率，且平衡向正反应方向移动，则应该通入氧气、增大压强；
故答案为：通入氧气、增大压强；
（4）反应的温度不变，则K不变，由表中数据可知：平衡时c（NO）=0.0025mol/L，c（O₂）=0.00125mol/L，c（ΝΟ₂）=

(0.200-0.050)mol

2L

=0.075mol/L，
则K=

c2(NO2)

c2(NO)?c(O2)

=

0.0752

0.00252×0.00125

=720；
故答案为：720；
（5）在上述条件下，若开始通入的是0.2mol NO₂气体，若把NO₂全部转化为NO和O₂，恰好与原来的反应的初始量相同，则与原平衡为等效平衡，原平衡中NO的转化率为

0.200-0.050

0.200

×100%=75%，所以若开始通入的是0.2mol NO₂气体，则转化率为1-75%=25%；
故答案为：25%．

点评：本题涉及知识点较多，化学平衡常数的计算、外界条件对化学平衡的影响是学习重点也是学习难点，更是考查热点，难度较大．