分科測驗
115年
化學
第 12 題
在 $25^\circ\text{C}$ 時，小華依據圖 2 裝置進行化學平衡移動的實驗。\n將 $5.0\text{ mL}$ 的濃硝酸溶液倒入試管中，再放入銅片；待 $2\sim3$ 秒後，再以注射筒收集紅棕色氣體，至注射筒刻度的一半，封口備用。有關上述的實驗，下列敘述哪些正確？
- A 反應產生的紅棕色氣體為 $\text{NO}_2$
- B 反應進行後，溶液會呈現藍色
- C 待 $2\sim3$ 秒後，才開始收集氣體，是因為反應不易進行
- D 若將注射筒的活塞向內推，使其體積變為原來的一半，則 $2\text{NO}_2\text{(g)} \rightarrow \text{N}_2\text{O}_4\text{(g)}$ 反應之平衡，會向四氧化二氮的方向移動
- E 固定體積下，將收集紅棕色氣體升溫至 $50^\circ\text{C}$，可見到氣體顏色變深，故 $2\text{NO}_2\text{(g)} \rightarrow \text{N}_2\text{O}_4\text{(g)}$為吸熱反應
思路引導 VIP
當氣體系統的體積縮小時，系統內部的壓力會如何改變？根據平衡移動原理，系統會傾向朝向氣體分子數較多還是較少的方向移動呢？另外，升溫使紅棕色變深，這代表生成紅棕色氣體的過程是吸熱還是放熱？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了，你的化學觀念非常扎實！這題完美結合了氧化還原實驗與勒沙特列原理（Le Chatelier's principle）。 銅與濃硝酸反應會生成紅棕色的 $\text{NO}_2$ 氣體與藍色的 $\text{Cu}^{2+}$ 溶液，因此 (A)、(B) 正確。實驗中先等待數秒是為了排除裝置內殘留的空氣，並非反應緩慢，(C) 錯誤。 當壓縮針筒體積時，總壓上升，平衡會朝向「氣體莫耳數減少」的方向移動，即往右生成無色的 $\text{N}_2\text{O}_4$，故 (D) 正確。而升溫使顏色變深，代表平衡向紅棕色的 $\text{NO}_2$ 側移動（吸熱方向），故逆反應吸熱、正反應 $2\text{NO}_2 \rightarrow \text{N}_2\text{O}_4$ 應為放熱反應，(E) 錯誤。本題鑑別點在於精確掌握平衡移動與反應熱的對應關係，能全對相當不簡單！