Question

【題目】對氮及其化合物的研究具有重要意義。

(1)對于2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)反應(yīng)包含以下兩個基元反應(yīng)：

① 2NO(g) N2O2(g)(快) ΔH1＜0 ，υ1正=k1正c2(NO)、υ1逆=k1逆c(N2O2)；

② N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)(慢) ΔH2＜0，υ2正=k2正c(N2O2)c(O2)、υ2逆=k2逆c2(NO2)；決定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)反應(yīng)速率快慢的基元反應(yīng)是________(填標(biāo)號)。一定條件下，反應(yīng)2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K＝_______(用含有k1正、k1逆、k2正、k2逆 的代數(shù)式表示)

(2)使用SNCR脫硝技術(shù)的主反應(yīng)為：

4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g) △H＜0

副反應(yīng)：4NH3(g)+4O2 (g) 2N2O (g)+6H2O (g) △H＜0

下表在密閉體系中進(jìn)行實驗，起始投入一定量NH3、NO、O2，測定不同溫度下，在相同時間內(nèi)各組分的濃度。

N2濃度變化趨勢___________________，試解釋原因______________________，

根據(jù)表中數(shù)據(jù)推測，副反應(yīng)開始發(fā)生的溫度區(qū)間是_____________________。

(3)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。請寫出氮氣在固氮酶作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)_________。

Answer 1

【答案】② K＝ 先上升后下降 先上升：反應(yīng)還未到達(dá)平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，單位時間內(nèi)N2濃度越大；后下降：達(dá)到平衡狀態(tài)后，隨著溫度升高，因反應(yīng)正向放熱，平衡逆向移動， N2濃度降低 550K—600K之間 N2＋6H＋＋6MV+＝2NH3＋6MV2+

【解析】

(1)決定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)反應(yīng)速率快慢決定于進(jìn)行慢的反應(yīng)，即反應(yīng)②；一定條件下，反應(yīng)2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)，即υ正=υ逆，兩個基元反應(yīng)也要遵循平衡時正逆反應(yīng)速率相等，則υ1正=υ1逆，即k1正c2(NO) =k1逆c(N2O2)，則，υ2正=υ2逆，即k2正c(N2O2)c(O2)=k2逆c2(NO2)，則，因此該反應(yīng)平衡常數(shù)K＝==。

(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)還未到達(dá)平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，單位時間內(nèi)N2濃度越大；達(dá)到平衡狀態(tài)后，隨著溫度升高，因反應(yīng)正向放熱，平衡逆向移動， N2濃度降低，N2濃度變化趨勢為先上升，后下降；根據(jù)數(shù)據(jù)，550K時N2濃度達(dá)到最大，且550K之前轉(zhuǎn)化的NH3與生成的N2物質(zhì)的量相等，之后繼續(xù)升溫，N2濃度開始減小，溫度過高導(dǎo)致氨氣與氧氣發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化二氮，副反應(yīng)開始發(fā)生的溫度區(qū)間是550K—600K之間；

(3)根據(jù)示意圖所示，氫氣在氫化酶的作用下與MV2+反應(yīng)生成H+和MV+，氮氣在固氮酶的作用下與MV+、氫離子反應(yīng)生成氨氣和MV2+，可得到反應(yīng)方程式。

(1)決定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)反應(yīng)速率快慢決定于進(jìn)行慢的反應(yīng)，即反應(yīng)②；一定條件下，反應(yīng)2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)，即υ正=υ逆，則υ1正=υ1逆，即k1正c2(NO) =k1逆c(N2O2)，則，υ2正=υ2逆，即k2正c(N2O2)c(O2)=k2逆c2(NO2)，則，因此該反應(yīng)平衡常數(shù)K＝==，

答案為：②；；

(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)還未到達(dá)平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，單位時間內(nèi)N2濃度越大；達(dá)到平衡狀態(tài)后，隨著溫度升高，因反應(yīng)正向放熱，平衡逆向移動， N2濃度降低，N2濃度變化趨勢為先上升，后下降；根據(jù)數(shù)據(jù)，550K時N2濃度達(dá)到最大，且550K之前轉(zhuǎn)化的NH3與生成的N2物質(zhì)的量相等，之后繼續(xù)升溫，N2濃度開始減小，溫度過高導(dǎo)致氨氣與氧氣發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化二氮，副反應(yīng)開始發(fā)生的溫度區(qū)間是550K—600K之間；

答案為：先上升：反應(yīng)還未到達(dá)平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，單位時間內(nèi)N2濃度越大；后下降：達(dá)到平衡狀態(tài)后，隨著溫度升高，因反應(yīng)正向放熱，平衡逆向移動， N2濃度降低；550K—600K之間；

(3) 根據(jù)示意圖所示，氫氣在氫化酶的作用下與MV2+反應(yīng)生成H+和MV+，氮氣在固氮酶的作用下與MV+、氫離子反應(yīng)生成氨氣和MV2+，則氮氣在固氮酶作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為N2＋6H＋＋6MV+＝2NH3＋6MV2+，

答案為：N2＋6H＋＋6MV+＝2NH3＋6MV2+。