Question

【題目】碳、氮能形成多種氧化物、氫化物。

（1）已知：①

②

則與反應(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含量，某研究所的科研人員探究了時等質(zhì)量的三種催化劑對還原的催化效果（其他條件相同），所得結(jié)果如圖所示：

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

②若容器容積為2L，開始時加入、，在催化劑Ⅰ的作用下達到如圖所示平衡，則反應(yīng)在該溫度下的平衡常數(shù)______。

③在如圖坐標系中畫出使用催化劑Ⅰ（其他條件相同）時，25s時容器內(nèi)反應(yīng)的脫氮率（轉(zhuǎn)化率）與溫度的關(guān)系圖___________。

（3）化學(xué)動力學(xué)上將一步完成的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。對于基元反應(yīng)：，其速率方程式為（k為只與溫度有關(guān)的速率常數(shù)），復(fù)雜反應(yīng)（由幾個基元反應(yīng)構(gòu)成）的速率取決于慢的基元反應(yīng)。

①已知反應(yīng)，在溫度低于時是由兩個基元反應(yīng)構(gòu)成的復(fù)雜反應(yīng)，該反應(yīng)的速率方程式為，則其兩個基元反應(yīng)分別為：Ⅰ.____________；Ⅱ.略，這兩個反應(yīng)中活化能較小的是__________。

②某科研小組測得時該反應(yīng)的、生成的速率的關(guān)系如下：

	0.025	0.05	0.025
	0.04	0.04	0.12

則該溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)______。

Answer 1

【答案】 Ⅰ 640 Ⅱ 0.22

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律進行求算；

（2）①由圖1知，在相同時間內(nèi)使用催化劑Ⅰ時生成的最多，故選用催化劑Ⅰ最好。由于使用催化劑Ⅱ的效果好于催化劑Ⅲ，即25s時A狀態(tài)中、濃度比B狀態(tài)的大，故A狀態(tài)下逆反應(yīng)速率較大，即生成的速率較大。②平衡時，，，故。③相同時間內(nèi)，在反應(yīng)達到平衡狀態(tài)前，反應(yīng)速率越快，氮的去除率越高，達到平衡后，溫度越高，越不利于反應(yīng)向右進行，即氮的去除率降低，由此可作出相應(yīng)的圖像。

（3）①由Ⅰ的知，反應(yīng)物只有且化學(xué)計量數(shù)是2。Ⅰ是慢反應(yīng)，則Ⅱ是快反應(yīng)，活化能較小。②由表中數(shù)據(jù)知時，該反應(yīng)的反應(yīng)速率與、的濃度成正比，即，由此可求出。

(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①+②2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)圖可知相同時間內(nèi)使用催化劑I的反應(yīng)最先達到平衡，所以使用催化劑I最好；據(jù)圖可知A點曲線的斜率更大，反應(yīng)速率更快，；

②據(jù)圖可知25s時氮氣的物質(zhì)的量不再改變說明反應(yīng)達到平衡，此時n(N2)=0.2mol，根據(jù)方程式可知此時容器中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，反應(yīng)速率小于T1時的反應(yīng)速率，所以25s時反應(yīng)達不到平衡，且溫度越高反應(yīng)速率越快，相同時間內(nèi)脫氮率越高，當(dāng)溫度高于T1時，反應(yīng)速率加快，則25s時反應(yīng)達到平衡，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，脫氮率會下降，所以關(guān)系圖為；

(3)①溫度低于250℃時，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。