Question

【題目】近年來霧霾天氣經(jīng)常出現(xiàn)，研究霧霾成因和治理是當(dāng)前環(huán)保的重要話題。汽車尾氣和燃煤是造成空氣污染的原因之一。因此研究氮氧化物的反應(yīng)機(jī)理，對消除和防治環(huán)境污染有重要意義。

（1）①對于2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-665kJ/mol的反應(yīng)分三步完成：

a：2NO(g)=N2O2(g)(快)

b：N2O2(g)+H2(g)=N2O(g)+H2O(g)(慢)

c：N2O(g)+H2(g)=N2(g)+H2O(g)(快)

決定此總反應(yīng)速率的是第步的反應(yīng)___(填序號)。

②已知：H2(g)+CO2(g)=H2O(g)+CO(g) △H=+41kJ/mol

汽車尾氣的凈化原理主要是用催化劑把NO與CO反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種對大氣無污染的氣體，試寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：___。

（2）升高溫度能讓絕大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)加快反應(yīng)速率，但是研究發(fā)現(xiàn)2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H<0存在一些特殊現(xiàn)象�，F(xiàn)有某化學(xué)小組通過實(shí)驗(yàn)測得不同溫度下該反應(yīng)速率常數(shù)k(代表反應(yīng)速率的一個(gè)常數(shù))的數(shù)值如表：

T(K)	k	T(K)	k	T(K)	k
143	1.48×105	273	1.04×104	514	3.00×103
195	2.58×104	333	5.50×103	613	2.80×103
254	1.30×104	414	4.00×103	663	2.50×103

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測到v正與c(O2)的關(guān)系如圖1所示，當(dāng)x點(diǎn)升高到某一溫度時(shí)，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則變?yōu)橄鄳?yīng)的點(diǎn)為___點(diǎn)(填字母)，并解析原因：

①___

②___

（3）NOx的排放主要來自于汽車尾氣，包含NO2和NO，有人得出用活性炭對NOx進(jìn)行吸收，發(fā)生如下反應(yīng)：

反應(yīng)a：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=-34.0kJ/mol

反應(yīng)b：2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-64.2kJ/mol

對于反應(yīng)a，在T1℃時(shí)，借助傳感器測得反應(yīng)在不同時(shí)間點(diǎn)上各物質(zhì)的濃度如表：

時(shí)間(min) 濃度(mol/L)	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
N2	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

①010min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率v(NO)=___，當(dāng)升高反應(yīng)溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K___(選填“增大”、“減小”或“不變”)。

②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡；根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是___(填字母)。

a.加入一定量的活性炭 b.通入一定量的NO

c.適當(dāng)縮小容器的體積 d.加入合適的催化劑

（4）實(shí)驗(yàn)室模擬反應(yīng)2C(s)+2NO2(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-64.2kJ/mol，在密閉容器中加入一定量的碳和NO2，維持溫度是T2℃，如圖2為不同壓強(qiáng)下反應(yīng)b經(jīng)過相同時(shí)間NO2的轉(zhuǎn)化率隨著壓強(qiáng)變化的示意圖。

①請從動(dòng)力學(xué)角度分析，1050kPa前，反應(yīng)b中NO2轉(zhuǎn)化率隨著壓強(qiáng)增大而增大的原因___；

②用某物質(zhì)的平衡分壓代替其物質(zhì)的量濃度也可以表示化學(xué)平衡常數(shù)(記作Kp)；在T2℃、1.1×106Pa時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)___(用計(jì)算表達(dá)式表示，不必化簡)；已知：氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)×體積分?jǐn)?shù)。

Answer 1

【答案】b 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-747kJ/mol b 升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，即是逆向移動(dòng)，c(O2)增大 升高溫度，k減小，正反應(yīng)速率下降 0.042mol/(Lmin) 減小 bc 1050KPa前反應(yīng)未達(dá)平衡狀態(tài)，隨著壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，NO轉(zhuǎn)化率提高

【解析】

：(1)①對于2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g)△H=-665kJ/mol的反應(yīng)分三步完成：
a：2NO(g)=N2O2(g)(快)
b：N2O2(g)+H2(g)=N2O(g)+H2O(g)(慢)
c：N2O(g)+H2(g)=N2(g)+H2O(g)(快)
反應(yīng)機(jī)理中最慢的一步反應(yīng)為決定整個(gè)反應(yīng)的速控步，所以決定此總反應(yīng)速率的是第b步，
故答案為：b；
②用催化劑把NO與CO反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種對大氣無污染氣體，分別為N2和CO2，反應(yīng)方程式為：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，
已知：①2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g)△H1=-665kJ/mol，
②H2(g)+CO2(g)=H2O(g)+CO(g)△H2=+41kJ/mol，
所求反應(yīng)可由①-②×2得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)椤?/span>H=△H1-2△H2=-747kJ/mol，熱化學(xué)方程式：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-747kJ/mol，故答案為：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-747kJ/mol；
(2)根據(jù)，表中數(shù)據(jù)分析，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)不是單一的增大，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，當(dāng)x點(diǎn)升高到某一溫度時(shí)。反應(yīng)重新達(dá)到平衡，此時(shí)反應(yīng)正向進(jìn)行程度較大，c(O2)較大，所以相應(yīng)的點(diǎn)變?yōu)?/span>b點(diǎn)，故答案為：b；
解析原因?yàn)椋孩偕�高溫度，平衡向吸熱方向移�?dòng)，即是逆向移動(dòng)，c(O2)增大，②升高溫度，k減小，正反應(yīng)速率下降，故答案為：升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，即是逆向移動(dòng)，c(O2)增大；升高溫度，k減小，正反應(yīng)速率下降；
(3)①C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)△H=-34.0kJ/mol，圖表數(shù)據(jù)得到0～10min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率，反應(yīng)為放熱反應(yīng)升溫平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，故答案為：0.042mol/(Lmin)；減小；
②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，依據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算，平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分析，氮?dú)鉂舛仍龃螅�二氧化碳和一氧化氮濃度增大，反�?yīng)前后氣體體積不變，所以可能是減小溶液體積后加入一定量一氧化氮；
a．加入一定量的活性炭，碳是固體對平衡無影響，平衡不動(dòng)，故a錯(cuò)誤；
b．通入一定量的NO，新平衡狀態(tài)下物質(zhì)平衡濃度增大，故b正確；
c．適當(dāng)縮小容器的體積，反應(yīng)前后體積不變，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，故c正確；
d．加入合適的催化劑，催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，故d錯(cuò)誤；
故答案為：bc；
(4)①1050kPa前，反應(yīng)b中NO2轉(zhuǎn)化率隨著壓強(qiáng)增大而增大的原因，1050KPa前反應(yīng)未達(dá)平衡狀態(tài)，隨著壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，NO轉(zhuǎn)化率提高，
故答案為：1050KPa前反應(yīng)未達(dá)平衡狀態(tài)，隨著壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，NO轉(zhuǎn)化率提高；
②在1100kPa時(shí)二氧化氮轉(zhuǎn)化率40%，結(jié)合三行計(jì)算列式得到；設(shè)通入二氧化氮1mol，則轉(zhuǎn)化的二氧化氮為0.4mol，根據(jù)方程式可知生成的N2的物質(zhì)的量為0.2mol，生成的CO2的物質(zhì)的量為0.4mol，剩余的二氧化氮為0.6mol，氣體總物質(zhì)的量=1.2mol，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，所以
，故答案為：。