Question

2．研究氮氧化物反應機理，對于控制汽車尾氣、保護環(huán)境有重要意義．
（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，其中第一步反應①如下，寫出第二步反應②的熱化學方程式（其反應的焓變△H₂用含△H、△H₁的式子來表示）：
①2NO（g）?N₂O₂（g）△H₁＜0；  
②N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ．
上述①反應中，正反應速率為v_正=k_正c²（NO），逆反應速率為v_逆=k_逆c（N₂O₂），其中k_正、k_逆為速率常數(shù)，K為該溫度下的平衡常數(shù)，則k_逆為k_正×$\frac{1}{k}$（以K和k_正表示）．
（2）2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的兩步反應中，反應①的反應速率數(shù)值較大，是一個快反應，會快速建立平衡狀態(tài)，而反應②是一個慢反應．反應體系升高溫度的過程中，發(fā)現(xiàn)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的反應速率變慢，結合該反應的兩步反應過程分析可能的原因決定總反應速率是反應②，溫度升高后反應①平衡向左移動，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對于反應②的影響弱于N₂O₂濃度減小的影響，N₂O₂濃度減小導致反應②速率變慢（反應未使用催化劑）．
（3）電解法處理氮氧化合物是目前大氣污染治理的一個新思路，原理是將NO_x在電解池中分解成無污染的N₂和O₂除去，如圖1示，兩電極間是新型固體氧化物陶瓷，在一定條件下可自由傳導O^2-，電解池陰極反應為2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．
（4）汽車的排氣管上裝一個“催化轉(zhuǎn)化器”使汽車尾氣中的CO和NO發(fā)生反應2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）以減 少污染．當質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖2中畫出c（NO）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）第二步反應②為：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂，根據(jù)蓋斯定律①+②可得：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），總的熱化學方程式-①可得②；可逆反應到達平衡時正逆速率相等；
（2）慢反應決定整個過程的反應速率；決定總反應速率是反應②，溫度升高后反應①平衡向右移動，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對于反應②的影響弱于N₂O₂濃度減小的影響，N₂O₂濃度減小導致反應②速率變慢；
（3）電解法處理氮氧化合物原理是將NO_x在電解池中分解成無污染的N₂和O₂除去，兩電極間是固體氧化物電解質(zhì)，在一定條件下可自由傳導O^2-，陰極發(fā)生還原反應，陰極上是NO_x獲得電子生成N₂與O^2-；
（4）在2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）的反應體系，當質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率，反應速率加快，縮短到達平衡的時間，不影響平衡移動，平衡時一氧化氮的濃度不變；

解答 解：（1）第二步反應②為：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂，根據(jù)蓋斯定律①+②可得：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），總的熱化學方程式-①可得②，則反應②的熱化學方程式為：N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ，平衡時正逆反應速率相等，k_正c²（NO）=k_逆c（N₂O₂），k=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$，k_逆=k_正×$\frac{1}{k}$
故答案為：N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ；k_正×$\frac{1}{k}$；
（2）慢反應決定整個過程的反應速率，決定總反應速率是反應②，溫度升高后反應①平衡向右移動，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對于反應②的影響弱于N₂O₂濃度減小的影響，N₂O₂濃度減小導致反應②速率變慢，
故答案為：決定總反應速率是反應②，溫度升高后反應①平衡向右移動，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對于反應②的影響弱于N₂O₂濃度減小的影響，N₂O₂濃度減小導致反應②速率變慢；
（3）電解法處理氮氧化合物原理是將NO_x在電解池中分解成無污染的N₂和O₂除去，兩電極間是固體氧化物電解質(zhì)，在一定條件下可自由傳導O^2-，陰極發(fā)生還原反應，陰極上是NO_x獲得電子生成N₂與O^2-，電極反應式為：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-，
故答案為：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-；
（4）在2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）的反應體系，當質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率，反應速率加快，縮短到達平衡的時間，不影響平衡移動，平衡時一氧化氮的濃度不變，在圖中畫出該反應體系反應進程可能的曲線為：，
故答案為：．

點評 本題考查電解原理的分析應用．化學平衡有關計算與影響因素，側重對化學平衡的影響因素考查，注意化學平衡常數(shù)只受溫度影響，題目難度較大，答題時注意題中信息的靈活運用．