Question

【題目】碳、氮能形成多種氧化物、氫化物。

(1)已知：①2NO(g)N2(g)＋O2(g) △H1＝－180．5 kJ·mol－1

②CO(g)＋O2(g)CO2(g) △H2＝－283 kJ·mol－1

則NO與CO反應(yīng)生成兩種無毒氣體的熱化學(xué)方程式為________________。

(2)使用高效催化劑可大大減少汽車尾氣排放出的NOx含量，某研究所的科研人員探究了T1℃時(shí)等質(zhì)量的三種催化劑對(duì)CO還原NO的催化效果(其他條件相同)，所得結(jié)果如圖1所示。

①如果不考慮催化劑價(jià)格，則使用催化劑____(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)最好；A、B兩狀態(tài)下，生成CO的速率大小關(guān)系是_____。

②若容器容積為2 L，開始時(shí)加入0.5 mol NO、0.5 mol CO，在催化劑Ⅰ的作用下達(dá)到如圖1所示平衡，則反應(yīng)2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)在該溫度下的平衡常數(shù)K＝____L·mol－1。

③在圖2坐標(biāo)系中畫出使用催化劑Ⅰ(其他條件相同)時(shí)，25s時(shí)容器內(nèi)反應(yīng)的脫氮率(NO轉(zhuǎn)化率)與溫度的關(guān)系圖____。

(3)化學(xué)動(dòng)力學(xué)上將一步完成的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。對(duì)于基元反應(yīng)：aA＋bBcC＋dD，其速率方程式為v＝k·ca(A)·cb(B)(k為只與溫度有關(guān)的速率常數(shù))，復(fù)雜反應(yīng)(由幾個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成)的速率取決于慢的基元反應(yīng)。

①已知反應(yīng)NO2(g)＋CO(g)NO(g)＋CO2(g)△H＜0，在溫度低于250℃時(shí)是由兩個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的復(fù)雜反應(yīng)，該反應(yīng)的速率方程式為v＝k·c2(NO2)，則其兩個(gè)基元反應(yīng)分別為：Ⅰ．____=NO3＋_____；Ⅱ．略，這兩個(gè)反應(yīng)中活化能較小的是___。

②某科研小組測(cè)得380℃時(shí)該反應(yīng)的c(NO2)、c(CO)與生成CO2的速率[v(CO2)]的關(guān)系如下：

則該溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k＝____L·mol－1·s－1。

Answer 1

【答案】2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H=-746.5kJ kJ·mol－1 I v(A)>v(B) 640 2NO2 NO II 0.22

【解析】

(1) NO與CO反應(yīng)生成兩種無毒氣體，應(yīng)為CO2和N2，方程式應(yīng)為2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)；

由已知：①2NO(g)N2(g)＋O2(g) △H1＝－180.5 kJ·mol－1；

②CO(g)＋O2(g)CO2(g) △H2＝－283 kJ·mol－1；

根據(jù)蓋斯定律可知可得2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H=-180.5 kJ·mol－1+(-283 kJ·mol－1)=-746.5kJ kJ·mol－1；

(2)①據(jù)圖可知相同時(shí)間內(nèi)使用催化劑I的反應(yīng)最先達(dá)到平衡，所以使用催化劑I最好；據(jù)圖可知A點(diǎn)曲線的斜率更大，反應(yīng)速率更快；

②據(jù)圖可知25s時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量不再改變說明反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)n(N2)=0.2mol，根據(jù)方程式可知此時(shí)容器中n(CO2)=0.4mol，△n(NO)=△n(CO)=0.4mol，初始投料為0.5molCO和0.5molNO，所以平衡時(shí)容器內(nèi)n(NO)=n(CO)=0.1mol，容器的體積為2L，所以K==640；

③溫度低于T1時(shí)，反應(yīng)速率小于T1時(shí)的反應(yīng)速率，所以25s時(shí)反應(yīng)達(dá)不到平衡，且溫度越高反應(yīng)速率越快，相同時(shí)間內(nèi)脫氮率越高，當(dāng)溫度高于T1時(shí)，反應(yīng)速率加快，則25s時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，但由于該反應(yīng)正反應(yīng)焓變小于0，為放熱反應(yīng)，所以溫度升高，平衡左移，脫氮率會(huì)下降，所以關(guān)系圖為；

(3)①溫度低于250℃時(shí)，該反應(yīng)的速率方程式為v＝k·c2(NO2)，說明NO2和CO不參與同一個(gè)基元反應(yīng)，且NO2參與的基元反應(yīng)為慢反應(yīng)，決定了該反應(yīng)的反應(yīng)速率，基元反應(yīng)I中產(chǎn)物有NO3，根據(jù)元素守恒可知該基元反應(yīng)反應(yīng)物應(yīng)為NO2，則該基元反應(yīng)I為：2NO2=NO3+NO； 活化能越大，反應(yīng)速率越慢，基元反應(yīng)I決定整個(gè)反應(yīng)速率，說明反應(yīng)I活化能較大，即反應(yīng)II活化能較小；

②根據(jù)表格分析可知CO和NO2的濃度均會(huì)影響反應(yīng)速率，由于該反應(yīng)不是基元反應(yīng)，可設(shè)該反應(yīng)的正反應(yīng)速率v＝k·cx(NO2)·cy(CO)，將表格中相應(yīng)數(shù)據(jù)代入有聯(lián)立可解得x=1，y=1，k=0.22L·mol-1·s-1。