Question

【題目】氮的氧化物是造成大氣污染的主要物質。研究氮氧化物的反應機理對于消除環境污染有重要意義。

(1)NO在空氣中存在如下反應：2NO(g)+O2(g)2NO2(g) △H,上述反應分兩步完成，其反應歷程如下圖所示：

回答下列問題：

①寫出反應I的熱化學方程式_________。

②反應I和反應Ⅱ中，一個是快反應，會快速建立平衡狀態，而另一個是慢反應。決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反應速率的是_______(填“反應I”或“反應Ⅱ”)；對該反應體系升高溫度，發現總反應速率反而變慢，其原因可能是__________(反應未使用催化劑)。

(2)用活性炭還原法處理氮氧化物的有關反應為：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。向恒容密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，T℃時，各物質起始濃度及10min和20min各物質平衡濃度如表所示：

①T℃時，該反應的平衡常數為_____________________(保留兩位有效數字)。

②在10min時，若只改變某一條件使平衡發生移動，20min時重新達到平衡，則改變的條件是__________________________________。

③在20min時，保持溫度和容器體積不變再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，此時反應v正_______v逆(填“>”、“<”或“=”)。

(3)NO2存在如下平衡：2NO2(g)N2O4(g) △H<0，在一定條件下NO2與N2O4的消耗速率與各自的分壓(分壓=總壓×物質的量分數)有如下關系：v(NO2)=k1·p2(NO2)，v(N2O4)=k2·p(N2O4)，相應的速率與其分壓關系如圖所示。

一定溫度下，k1、k2與平衡常數kp(壓力平衡常數，用平衡分壓代替平衡濃度計算)間的關系是k1=____________；在上圖標出點中，指出能表示反應達到平衡狀態的點是___，理由是________。

Answer 1

【答案】2NO(g)N2O2(g) △H=－(E3-E4)kJ·mol-1 反應Ⅱ 溫度升高后反應I平衡逆向移動，導致N2O2濃度減小，溫度升高對反應Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導致反應Ⅱ速度變慢，最終總反應速率變慢 0.56 減小二氧化碳濃度 < k1=2k2·KP BD 達到平衡時，N2O4與NO2的消耗速率滿足條件v(NO2)=2v(N2O4)

【解析】

(1)①根據△H=生成物的總能量減反應物總能量計算。

②反應快慢主要由活化能決定，分析溫度升高對兩個反應的影響。

(2)①T℃時，根據平衡常數表達式進行計算。

②分析得出NO、CO2量比原來減少，氮氣比原來增加即得結論。

③再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，根據濃度商計算得到，再與配合常數比較得出。

(3)平衡時v(NO2) 正= 2v(N2O4)逆代入可得到關系式，B、D點，N2O4與NO2的消耗速率滿足條件v(NO2)=2v(N2O4)，因此反應達到平衡狀態。

(1)①△H=E4 kJ·mol-1－E3kJ·mol-1 =－(E3－E4)kJ·mol-1，因此反應I的熱化學方程式2NO(g)N2O2(g) △H=－(E3－E4)kJ·mol-1，故答案為：2NO(g)N2O2(g) △H=－(E3－E4)kJ·mol-1。

②活化能越大，反應速率越慢，反應Ⅱ的活化能大，因此決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反應速率的是反應Ⅱ；對該反應體系升高溫度，發現總反應速率反而變慢，其原因可能是溫度升高后反應I平衡逆向移動，導致N2O2濃度減小，溫度升高對反應Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導致反應Ⅱ速度變慢，最終總反應速率變慢，故答案為：反應Ⅱ；溫度升高后反應I平衡逆向移動，導致N2O2濃度減小，溫度升高對反應Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導致反應Ⅱ速度變慢，最終總反應速率變慢。

(2)①T℃時，該反應的平衡常數為，故答案為：0.56。

②在10min時，若只改變某一條件使平衡發生移動，20min時重新達到平衡，NO、CO2量比原來減少，氮氣比原來增加，則改變的條件是減小二氧化碳濃度，故答案為：減小二氧化碳濃度。

③在20min時，保持溫度和容器體積不變再充入NO和N2，使二者的濃度均增加至原來的兩倍，，此時反應v正 < v逆，故答案為：<。

(3)一定溫度下，平衡時v(NO2) 正= 2v(N2O4)逆即k1·p2(NO2) = 2k2·p(N2O4)，k1=2k2·KP，因此k1、k2與平衡常數kp間的關系是k1=2k2·KP；在上圖標出點中，B、D點，N2O4與NO2的消耗速率滿足條件v(NO2)=2v(N2O4)，因此能表示反應達到平衡狀態的點是BD，理由是達到平衡時，N2O4與NO2的消耗速率滿足條件v(NO2)=2v(N2O4)；故答案為：2k2·KP；BD；達到平衡時，N2O4與NO2的消耗速率滿足條件v(NO2)=2v(N2O4)。