Question

【題目】研究氮氧化合物的治理是環(huán)保的一項(xiàng)重要工作，合理應(yīng)用和處理氮的化合物，在生產(chǎn)生活中有著重要的意義。

(1)已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+181.5 kJ·mol－1某科研小組嘗試?yán)�用固體表面催化工藝進(jìn)行NO的分解。若用●● 、●○ 、○○和分別表示N2 、NO、O2和固體催化劑，在固體催化劑表面分解NO的過(guò)程如下圖所示。從吸附到解吸的過(guò)程中，能量狀態(tài)最低的是___________(填字母序號(hào))。

(2)為減少汽車(chē)尾氣中NOx的排放，常采用CxHy(烴)催化還原NOx消除氮氧化物的污染。

例如：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=－574 kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H2=－1160 kJ/mol

③CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3

則△H3=___________。

(3)亞硝酰氯(ClNO)是有機(jī)合成中常用試劑，已知：2NO(g)+Cl2(g)2 ClNO(g) △H＜0

①一定溫度下，將2 molNO與2 molCl2置于2L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，若該反應(yīng)4min后達(dá)平衡，此時(shí)壓強(qiáng)是初始的0.8倍，則平均反應(yīng)速率v(Cl2)=___________mol·L－1·min－1。下列可判斷反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)的是___________(項(xiàng)序號(hào)字母)。

A 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

B 混合氣體密度保持不變

C NO和Cl2的物質(zhì)的量之比保持不變

D 每消耗1 moI NO同時(shí)生成1molClNO

②為了加快化學(xué)反應(yīng)速率，同時(shí)提高NO的轉(zhuǎn)化率，其他條件不變時(shí)，可采取的措施有___________(填選項(xiàng)序號(hào)字母)。

A 升高溫度 B 縮小容器體積

C 再充入Cl2氣體 D 使用合適的催化劑

③一定條件下在恒溫恒容的密閉容器中，按一定比例充入NO(g)和Cl2(g)，平衡時(shí)ClNO的體積分?jǐn)?shù)隨n(NO)/n(Cl2)的變化圖像如圖(b)所示，當(dāng)n(NO)/n(Cl2)=2.5時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)，ClNO的體積分?jǐn)?shù)可能是圖中D、E、F三點(diǎn)中的___________點(diǎn)。

(4)已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步：

①2NO(g)N2O2(g)(快)，v1正=k1正c2(NO)，v1逆 =k1逆c (N2O2)

②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢)，v2正=k2正c(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“=”)：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___________。

Answer 1

【答案】C -867 kJ/mol 0.1 A, C B,C F < K = (k1正×K2正)/ (k1逆×K2逆)

【解析】

（1）結(jié)合固體催化劑的機(jī)理圖解答，整個(gè)反應(yīng)為N2(g)+O2(g) 2NO(g)△H=－181.5 kJ·mol－1，并根據(jù)焓變來(lái)解答；

(2)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算△H3；

(3) ① 利用“三段式”計(jì)算反應(yīng)速率，根據(jù)平衡標(biāo)志分析是否達(dá)到平衡狀態(tài)；②根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素和影響平衡移動(dòng)的因素分析；③投料比等于系數(shù)比時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)ClNO的體積分?jǐn)?shù)最大；

(4) ① 反應(yīng)速率越快活化能越小；

②根據(jù)反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)v1正=v1逆、v2正=v2逆計(jì)算；

（1）①?gòu)臋C(jī)理圖可以看出，首先A狀態(tài)中，NO被吸附到催化劑表面，B狀態(tài)為NO變成N原子和O原子，這個(gè)過(guò)程需要吸收能量，C狀態(tài)為N原子和N原子結(jié)合變成N2，O原子和O原子結(jié)合變成O2，這個(gè)過(guò)程為成鍵過(guò)程，需要放出能量，則從整個(gè)反應(yīng)過(guò)程來(lái)看，反應(yīng)是N2(g)+O2(g) 2NO(g)△H=－181.5 kJ·mol－1，此反是放熱反應(yīng)，反應(yīng)焓變△H＜0，可見(jiàn)狀態(tài)C時(shí)體系能量最低。

(2)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=－574 kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H2=－1160 kJ/mol

①× ＋②×得CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867 kJ/mol。

(3) 2NO(g)+Cl2(g)2 ClNO(g)

開(kāi)始 1 1 0

轉(zhuǎn)化 2x x 2x

平衡 1-2x 1-x 2x

該反應(yīng)4min后達(dá)平衡，此時(shí)壓強(qiáng)是初始的0.8倍，所以解得x＝0.4，則平均反應(yīng)速率v(Cl2)=0.1 mol·L－1·min－1。

A． ，氣體總質(zhì)量不變、氣體物質(zhì)的量是變量，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量是變量，若混合氣體的平均相對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量不變，一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故選A；

B． ，容器體積不變、氣體總質(zhì)量不變，密度是恒量，混合氣體密保持不變，不一定平衡，故不選B；

C．NO和Cl2的物質(zhì)的量之比為 ，NO和Cl2的物質(zhì)的量之比是變量，若保持不變一定平衡，故選C；

D．每消耗1 mol NO同時(shí)生成1molClNO，不能判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，不一定平衡，故不選D；選AC。

②A．2NO(g)+Cl2(g)2 ClNO(g)正反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率減小，故不選A；

B．縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，速率加快、平衡正向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率增大，故選B；

C．再充入Cl2氣體，氯氣濃度增大，速率加快、平衡正向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率增大，故選C；

D．使用合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率不變，故不選D。

③n(NO)/n(Cl2)=2時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)ClNO的體積分?jǐn)?shù)最大，當(dāng)n(NO)/n(Cl2)=2.5時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)，ClNO的體積分?jǐn)?shù)可能是圖中F點(diǎn)

(4) ①因?yàn)闆Q定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應(yīng)②，所以反應(yīng)①的活化能E1遠(yuǎn)小于反應(yīng)②的活化能E2；

②，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)v1正=v1逆、v2正=v2逆，即k1正c2(NO) =k1逆c(N2O2)、k2正c(N2O2)·c(O2)=k2逆c2(NO2)；帶入得，K=(k1正×K2正)/(k1逆×K2逆)。