Question

氮氧化合物是工业生产重要原料，也是大气污染的重要来源，研究氮氧化合物相关反应原理具有重要意义。回答下列问题：

（1）一步完成的反应称为基元反应，只由基元反应构成的化学反应称为简单反应，两个及以上基元反应构成的化学反应称为复杂反应，复杂反应的速率取决（等）于慢的基元反应速率。基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·c^a(A)·c^b(B)，其中k为速率常数。已知反应NO₂+CO=NO+CO₂ ，在不同温度下反应机理不同。

①温度高于490K时，上述反应为简单反应，请写出其速率方程______________。

②温度高于520K时，该反应是由两个基元反应构成的复杂反应，其速率方程v=k·c²(NO₂)，已知慢的基元反应的反应物和产物为NO、NO₂ 、NO₃，用方程式表示反应历程。

第一步：____________________（慢反应）。

第二步：____________________（快反应）。

（2）N₂O₄(g) 2NO₂(g)  ΔH =+57 kJ·mol^－1 该反应是高中和大学化学学习的经典素材。

①对于上述反应下列说法不正确的一项是_________（填字母）。

A．恒温恒容，加入N₂O₄重新达到平衡体系颜色加深

B．恒温恒容，加入NO₂重新达到平衡NO₂体积分数变大

C．绝热容器中，体系颜色不变，说明该反应处于平衡状态

D. 恒温恒压下，加入N₂O₄重新达到平衡体系颜色不变

②T₁K时，向1L真空容器中加入1molN₂O₄ ，达到平衡时NO₂的平衡产率为20%，则该温度下的平衡常数K=____,达到平衡时吸收的热量为_____kJ。某温度下，该反应达到平衡，NO₂与N₂O₄的混合气体总压强为100KPa，密度为同状态下氢气密度的34.5倍，平衡常数K_P=____KPa（用平衡分压代替平衡浓度计算）。

③若v(N₂O₄)=k₁·c(N₂O₄)  v(NO₂)=k₂·c(NO₂)，T₂温度下，若k₁=k₂ ，则T₂____T₁（填“高于”或“低于”）。

（3）复杂反应2NO(g)+O₂(g)=2NO₂(g)由两个基元反应构成，2NO(g)=N₂O₂(g) （快速平衡）N₂O₂(g) +O₂(g)=2NO₂(g)（慢反应），已知快反应为放热反应，其正、逆反应速率常数分别为k₁和k₂慢反应正、逆反应速率常数分别为k₃和k₄。若v_正=k·c²(NO)·c(O₂) 则k=______（用k_1、k_2、k₃表示）；

Answer

v=k·c(NO2)·c(CO) 2NO2=NO+ NO3 NO3+2CO=NO+CO2 BC 0.2 11.4 50 高于 K=k1k3/k2

【解析】

（1）①根据给定信息结合基元反应速率表达式书写；

②根据速率方程，采用逆向思维推出慢反应，再结合总反应写出快反应；

（2）①对于平衡N2O4(g)2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol－1，是气体体积分数增大的吸热反应，结合勒夏特列原理分析作答；

②结合平衡常数的表达式，列出三段式作答；根据能量变化与标准焓变和热化学方程式之间的关系可求出实际吸收的热量；根据条件求出混合气体的摩尔质量，利用十字相乘法根据平衡常数分压表达式求出；

③根据已知信息，找出T2平衡后二氧化氮的平衡产率与T1温度下的关系作答。

（3）根据基元方程的速率方程表达式推导。

（1）①基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)，则温度高于490K时，简单反应NO2+CO=NO+CO2的速率方程为v=k·c(NO2)·c(CO)，

故答案为：v=k·c(NO2)·c(CO)；

②温度高于520K时，该反应是由两个基元反应构成的复杂反应，根据速率方程v=k·c2(NO2)可知，慢反应的反应物为NO2，结合产物氮氧化物可知，其慢反应为：2NO2=NO+ NO3，因总反应为NO2+CO=NO+CO2，则快反应为NO3+2CO=NO+CO2，

故答案为：2NO2=NO+ NO3；NO3+2CO=NO+CO2；

（2）①对于平衡N2O4(g) =2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol－1，是气体体积分数增大的吸热反应，则：

A. 恒温恒容，加入N2O4，相当于加压，平衡向逆反应方向移动，颜色变浅，A项错误；

B. 恒温恒容，加入NO2相当于加压，平衡向逆反应方向移动，但加入的NO2初始浓度增大，最终重新达到平衡后NO2的体积分数增大，B项正确；

C. 该反应为吸热反应，若在绝热容器中，体系颜色不变，则说明各物质浓度保持不变，即该反应处于平衡状态，C项正确；

D. 恒温恒压下，加入N2O4，增大体积，相当于恒容状态下的减压效果，则平衡向正反应方向移动，重新达到平衡后体系颜色加深，D项错误；

答案选BC；

②设转化的N2O4为x mol/L，则：

因达到平衡时NO2的平衡产率为20%，因理论上1mol/L N2O4产生NO2 2mol/L，若NO2平均产率为20%，则：

，则x=，

该温度下的平衡常数K=；达到平衡时吸收的热量为为标准焓变的20%，即57 kJ·mol－1×20%=11.4 kJ·mol－1；

某温度下，该反应达到平衡，NO2与N2O4的混合气体总压强为100KPa，密度为同状态下氢气密度的34.5倍，则混合气体的摩尔质量为34.5×2g/mol=69g/mol,则：

根据十字相乘法可知平衡后两种气体的物质的量之比n (NO2):n(N2O4)=23：23=1:1，因平衡NO2与N2O4的混合气体总压强为100KPa，平衡常数KP= =50 Kpa，

故答案为：0.2；11.4；50；

③若v(N2O4)=k1·c(N2O4) v(NO2)=k2·c(NO2)，T2温度下，若k1=k2，则平衡产率为50%，与T1温度相比，平衡向正反应方向移动，则T2> T1，

故答案为：高于；

（3）由基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)可知，快速平衡2NO(g)=N2O2(g)的正反应速率v快正=k1·c2(NO)①，逆反应速率v快逆=k2·c(N2O2)②，慢反应为N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g)，则v慢正= k3·c(N2O2)·c(O2)，则反应速率v正= ·c2(NO) c(O2)，所以K=k1k3/k2，

故答案为：k1k3/k2。