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(duì)于消除環(huán)境污染有重要意義�；卮鹣铝袉栴}：

(1)已知2NO(g)+O2(g)-2NO2(g)△H的反應(yīng)歷程分兩步：

①2NO(g)N2O2(g)(快) △H1<0，v1正=k1正c2(NO)，v1逆=k1逆c2(N2O2)

②N2O2(g)+ O2(g) 2NO2(g)(慢) △H2<0，v2正=k2正c2(N2O2)c(O2)，v2逆=k2逆c2(NO2)

比較反應(yīng)①的活化能E1與反應(yīng)②的活化能E2的大小:E1__E2(填“>”、“<”或“=”) 其判斷理由是__________；2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數(shù)K與上述反應(yīng)速率常數(shù)k1正、k1逆、k2正、k2逆的關(guān)系式為_______；已知反應(yīng)速率常數(shù)k隨溫度升高而增大，若升高溫度后k2正、k2逆分別增大a倍和b倍，則a____b(填“>”、“<”或“=”)；一定條件下，2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)達(dá)平衡后，升高到某溫度，再達(dá)平衡后v2正較原平衡減小，根據(jù)上述速率方程分析，合理的解釋是_________________。

(2)①以乙烯(C2H4)作為還原劑脫硝(NO)，其脫硝機(jī)理如左下圖所示，若反應(yīng)中n(NO):n(O2) =2：1，則總反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________；脫硝率與溫度、負(fù)載率(分子篩中催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的關(guān)系如右下圖，為達(dá)到最佳脫硝效果，應(yīng)采用的條件是________________。

②用NO可直接催化NO分解生成N2、O2，將其反應(yīng)機(jī)理補(bǔ)充完整(Vo代表氧空穴)：

2Ni2++2Vo+2NO→2Ni3++2O-+N2 2O-→+O2-+1/2O2+V。______________

(3)電解NO可制備NH4NO3，其工作原理如右圖所示，陰極的電極反應(yīng)式為______________。

Answer 1

【答案】＜ 活化能越大，一般分子成為活化分子越難，反應(yīng)速率越慢 k1正.k2正/(k1逆.k2逆) ＜ 溫度升高，反應(yīng)①、②的平衡均逆移，由于反應(yīng)①的速率大，導(dǎo)致c(N2O2)減小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度，使三者的乘積即v2正減小 6NO+3O2+2C2H43N2+4CO2+4H2O 350℃、負(fù)載率3.0% 2Ni3+ + O2-→2Ni2+ +VO+1/2O2 NO + 6H+ +5e- = NH4+ + H2O

【解析】

（1）活化能越低，反應(yīng)速率越快，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，v正=v逆，由速率方程，反應(yīng)速率常數(shù)k隨溫度升高而增大，反應(yīng)②為放熱反應(yīng)，溫度升高不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，則v正＜v逆，反應(yīng)①為快反應(yīng)，溫度升高，兩個(gè)反應(yīng)均逆向移動(dòng)，體系中c（N2O2）降低，影響v2正；（2）①由圖分析，在Cu＋催化作用下，C2H2作為還原劑，NO和O2轉(zhuǎn)化為N2、CO2和H2O，寫出反應(yīng)方程式，由圖象可知，需要滿足脫銷率盡可能大，負(fù)載率選擇b，溫度選擇350℃；②整個(gè)反應(yīng)機(jī)理過程需滿足元素守恒，抓住主反應(yīng)為2NO═N2+O2，其余都是中間體，整個(gè)反應(yīng)過程中，各中間體需有產(chǎn)生、有消耗，使得三步反應(yīng)機(jī)理凈結(jié)果為2NO═N2+O2；（3）電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，NO被還原為NH4＋，寫出陰極的電極反應(yīng)。

（1）活化能越低，反應(yīng)速率越快，①為快反應(yīng)，②為慢反應(yīng)，則活化能大小為E1＜E2，判斷理由是：活化能越大，一般分子成為活化分子越難，反應(yīng)速率越慢，2NO（g）+O2（g）2NO2（g） 的平衡常數(shù)K=c2(NO2)/c(O2)c2(NO)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，v正=v逆，所以k1正c2（NO）=k1逆c2（N2O2），k2正c2（N2O2）·c（O2）=k2逆c2（NO2），則有k1正·k2正/k1逆·k2逆= =K，反應(yīng)速率常數(shù)k隨溫度升高而增大，反應(yīng)②為放熱反應(yīng)，溫度升高不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，則v正＜v逆，所以若升高溫度后k2正、k2逆分別增大a倍和b倍，則a＜b，反應(yīng)①為快反應(yīng)，溫度升高，兩個(gè)反應(yīng)均逆向移動(dòng)，體系中c（N2O2）降低，影響v2正，導(dǎo)致v2正減小，可以解釋為：溫度升高，反應(yīng)①、②的平衡均逆移，由于反應(yīng)①的速率大，導(dǎo)致c（N2O2）減小且其程度大于k2正和c（O2）增大的程度，使三者的乘積即v2正減小；（2）①根據(jù)機(jī)理圖分析，在Cu＋催化作用下，C2H2作為還原劑，NO和O2轉(zhuǎn)化為N2、CO2和H2O，反應(yīng)中n（NO）：n（O2）=2：1，所以發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6NO+3O2+2C2H43N2+4CO2+4H2O.根據(jù)圖象分析，需要滿足脫銷率盡可能大，負(fù)載率選擇b，溫度選擇350℃，即溫度選擇350℃，負(fù)載率選擇3.0%；②整個(gè)反應(yīng)機(jī)理過程需滿足元素守恒，消耗氧空穴，最終還需生成氧空穴，整個(gè)反應(yīng)機(jī)理為：①：①2Ni2＋+2VO+2NO→2Ni3＋+2O－+N2，②2O－→O2－+1/2O2+VO，第二步機(jī)理中釋放了一個(gè)O原子和一個(gè)O2－，第一步反應(yīng)消耗2個(gè)氧空穴，第一步反應(yīng)Ni2＋轉(zhuǎn)化為Ni3＋，則第三步反應(yīng)機(jī)理中，Ni3＋需轉(zhuǎn)化為Ni2＋，消耗O2－，再生成一個(gè)O原子和一個(gè)氧空穴，最終還得是生成N2和O2，抓住主要反應(yīng)2NO═N2+O2，其余都是中間體，各中間體需限制在三步反應(yīng)機(jī)理內(nèi)有產(chǎn)生有消耗，最終使三步反應(yīng)機(jī)理凈結(jié)果為2NO═N2+O2，綜合考慮，則第③步反應(yīng)機(jī)理應(yīng)為：2Ni3＋+O2－→2Ni2＋+VO＋1/2O2；（3）電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，NO被還原為NH4＋，所以陰極的電極反應(yīng)為：NO+6H＋+5e－=NH4＋+H2O。