Question

【題目】氮的氧化物是造成大氣污染的主要物質(zhì)。研究氮氧化物的反應(yīng)機(jī)理對消除環(huán)境污染有重要意義。

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

回答下列問題：

①寫出反應(yīng)I的熱化學(xué)方程式_________。

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

(2)用活性炭還原法處理氮氧化物的有關(guān)反應(yīng)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(zhì)起始濃度及l0 min和20 min各物質(zhì)平衡濃度如表所示：

濃度/mol/L 時間/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.040	0.030	0.030
20	0.032	0.034	0.017

①T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為 ________ (保留兩位有效數(shù)字)。

②在l0 min時，若只改變某一條件使平衡發(fā)生移動，20 min時重新達(dá)到平衡，則改變的條件是________

③在20 min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(yīng)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(zhì)的量分?jǐn)?shù))有如下關(guān)系：v(NO2)=k1·p2(NO2)，v(N2O4)=k2·p(N2O4)，相應(yīng)的速率與其分壓關(guān)系如圖所示。

一定溫度下，k1、k2與平衡常數(shù)Kp(壓力平衡常數(shù)，用平衡分壓代替平衡濃度計算)間的關(guān)系是k1=____；在上圖標(biāo)出點中，指出能表示反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的點是 ______。

Answer 1

【答案】2NO(g)=N2O2(g) △H=-(E3-E4) kJ/mol 反應(yīng)II 溫度升高后反應(yīng)I平衡逆向移動，導(dǎo)致N2O4濃度減小，溫度升高對反應(yīng)Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ速度變慢，最終總反應(yīng)速率變慢 0.56 分離出二氧化碳物質(zhì)(減小CO2的濃度) > k2·Kp BD

【解析】

(1)①根據(jù)能量關(guān)系圖，反應(yīng)①為NO轉(zhuǎn)化為N2O2，反應(yīng)物能量高于生成物能量，所以反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，△H=-(E3-E4) kJ/mol；

②反應(yīng)活化能越大，反應(yīng)速率越慢，對該反應(yīng)體系升高溫度，發(fā)現(xiàn)總反應(yīng)速率反而變慢，根據(jù)兩步反應(yīng)的速率分析；

(2)①平衡時，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，K=；

②根據(jù)表中數(shù)值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮氣的濃度增大，說明改變條件是分離出二氧化碳物質(zhì)；

③根據(jù)Qc與K的關(guān)系分析；

(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時v正=v逆，滿足平衡條件v(NO2)=2v(N2O4)即為平衡點。

(1)①根據(jù)能量關(guān)系圖，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，反應(yīng)為：2NO(g)=N2O2(g) △H=-(E3-E4) kJ/mol；

②反應(yīng)活化能越大，反應(yīng)速率越慢，化學(xué)反應(yīng)速率由最慢的一步?jīng)Q定，所以決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反應(yīng)速率的是反應(yīng)Ⅱ；對該反應(yīng)體系升高溫度，發(fā)現(xiàn)總反應(yīng)速率反而變慢，兩步反應(yīng)過程均為放熱過程，溫度升高后反應(yīng)I平衡逆向移動，導(dǎo)致N2O4濃度減小，溫度升高對反應(yīng)Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ速度變慢，最終總反應(yīng)速率變慢；

(2)①平衡時，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，K==0.56；

②根據(jù)表中數(shù)值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮氣的濃度增大，說明改變條件是分離出二氧化碳物質(zhì)(減小CO2的濃度)；

③原先達(dá)到平衡時，Qc=K，在20 min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，Qc'==Qc<K，所以反應(yīng)正向進(jìn)行，v正>v逆；

(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時v正=v逆，v正=k1p2(NO2)，v逆=k2p(N2O4)，所以Kp==，所以k1=k2·Kp，滿足平衡條件v(NO2)=2v(N2O4)即為平衡點，根據(jù)圖象，B、D所對應(yīng)的速率剛好為1：2的關(guān)系，所以B、D為平衡點。