115分科測驗化學 第12題 詳解

答案(A)(B)(D)看逐步解析 ↓

逐步解析

1. 1

   反應加平衡

   本題把兩個單元串在一起：前半是銅與濃硝酸的氧化還原反應（實驗觀察），後半是 $\mathrm{2NO_2(g)\rightleftharpoons N_2O_4(g)}$ 的化學平衡（勒沙特列原理）。先寫出反應式確認產物，再分別判斷壓力與溫度改變時平衡往哪個方向移動。
2. 2

   產物與顏色

   銅與濃硝酸反應：$\mathrm{Cu+4HNO_3\rightarrow Cu(NO_3)_2+2NO_2+2H_2O}$。濃硝酸被還原成紅棕色的二氧化氮 $\mathrm{NO_2}$（若是稀硝酸才會生成無色的 $\mathrm{NO}$），(A) 正確。溶液中生成的 $\mathrm{Cu^{2+}}$ 使水溶液呈藍色，(B) 正確。
3. 3

   先排空氣

   (C) 銅與「濃」硝酸的反應相當劇烈迅速，並非不易進行。等 2～3 秒才開始收集，是讓最先產生的氣體把試管內原有的空氣推擠出去，之後注射筒收到的 $\mathrm{NO_2}$ 才不會混入大量空氣、純度較高，(C) 錯誤。
4. 4

   加壓的移動

   (D) 活塞向內推使體積變為一半，筒內總壓瞬間增大。依勒沙特列原理，平衡會向「氣體總莫耳數較少」的方向移動以抵銷壓力增加：$\mathrm{2NO_2(g)\rightleftharpoons N_2O_4(g)}$ 左邊 2 莫耳氣體、右邊 1 莫耳氣體，故平衡向四氧化二氮的方向移動，(D) 正確。
5. 5

   升溫判熱效應

   (E) 固定體積下升溫後顏色變深，表示紅棕色的 $\mathrm{NO_2}$ 變多，平衡向生成 $\mathrm{NO_2}$ 的方向（即 $\mathrm{N_2O_4\rightarrow 2NO_2}$）移動。升溫時平衡向「吸熱方向」移動，所以吸熱的是 $\mathrm{N_2O_4}$ 分解的逆反應；反過來說，題目所寫的正反應 $\mathrm{2NO_2(g)\rightleftharpoons N_2O_4(g)}$ 是放熱反應，選項判成吸熱，方向恰好相反，(E) 錯誤。
6. 6

   確定答案

   整理五個選項：(A) 紅棕色氣體為 $\mathrm{NO_2}$、(B) $\mathrm{Cu^{2+}}$ 呈藍色、(D) 加壓向 $\mathrm{N_2O_4}$ 移動，皆正確；(C) 等待是為了排出空氣、(E) 正反應應為放熱，皆錯誤。答案選 (A)(B)(D)。

關鍵觀念：#化學平衡 #勒沙特列原理 #氧化還原 #氣體平衡

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