Question

氮的氧化物是造成大气污染的主要物质。研究氮氧化物的反应机理对消除环境污染有重要意义。

(1)NO在空气中存在如下反应：2NO(g)+O₂(g)=2NO₂(g)△H，上述反应分两步完成，其反应历程如下图所示：

回答下列问题：

①写出反应I的热化学方程式_________。

②反应I和反应II中，一个是快反应，会快速建立平衡状态，而另一个是慢反应。决定2NO(g)+O₂(g)=2NO₂(g)反应速率的是 _______（填“反应I”或“反应II”）；对该反应体系升高温度，发现总反应速率反而变慢，其原因可能是________（反应未使用催化剂）。

(2)用活性炭还原法处理氮氧化物的有关反应为：C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)。向恒容密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，T℃时，各物质起始浓度及l0 min和20 min各物质平衡浓度如表所示：

浓度/mol/L 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.040	0.030	0.030
20	0.032	0.034	0.017

①T℃时，该反应的平衡常数为 ________ (保留两位有效数字)。

②在l0 min时，若只改变某一条件使平衡发生移动，20 min时重新达到平衡，则改变的条件是________

③在20 min时，保持温度和容器体积不变再充入NO和N₂，使二者的浓度均增加至原来的两倍，此时反应v_正____v_逆（填“>”、“<”或“=”）。

(3)NO₂存在如下平衡：2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H<0，在一定条件下NO₂与N₂O₄的消耗速率与各自的分压(分压=总压×物质的量分数)有如下关系：v(NO₂)=k₁·p²(NO₂)，v(N₂O₄)=k₂·p(N₂O₄)，相应的速率与其分压关系如图所示。

一定温度下，k₁、k₂与平衡常数K_p(压力平衡常数，用平衡分压代替平衡浓度计算)间的关系是k₁=____；在上图标出点中，指出能表示反应达到平衡状态的点是 ______。

Answer

2NO(g)=N2O2(g) △H=-(E3-E4) kJ/mol 反应II 温度升高后反应I平衡逆向移动，导致N2O4浓度减小，温度升高对反应Ⅱ的影响弱于N2O2浓度减小的影响，导致反应Ⅱ速度变慢，最终总反应速率变慢 0.56 分离出二氧化碳物质(减小CO2的浓度) > k2·Kp BD

【解析】

(1)①根据能量关系图，反应①为NO转化为N2O2，反应物能量高于生成物能量，所以反应①为放热反应，△H=-(E3-E4) kJ/mol；

②反应活化能越大，反应速率越慢，对该反应体系升高温度，发现总反应速率反而变慢，根据两步反应的速率分析；

(2)①平衡时，各物质的物质的量不变，则该反应达到平衡状态，K=；

②根据表中数值知，NO、二氧化碳的浓度减小，氮气的浓度增大，说明改变条件是分离出二氧化碳物质；

③根据Qc与K的关系分析；

(3)反应达到平衡时v正=v逆，满足平衡条件v(NO2)=2v(N2O4)即为平衡点。

(1)①根据能量关系图，反应①为放热反应，反应为：2NO(g)=N2O2(g) △H=-(E3-E4) kJ/mol；

②反应活化能越大，反应速率越慢，化学反应速率由最慢的一步决定，所以决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应速率的是反应Ⅱ；对该反应体系升高温度，发现总反应速率反而变慢，两步反应过程均为放热过程，温度升高后反应I平衡逆向移动，导致N2O4浓度减小，温度升高对反应Ⅱ的影响弱于N2O2浓度减小的影响，导致反应Ⅱ速度变慢，最终总反应速率变慢；

(2)①平衡时，各物质的物质的量不变，则该反应达到平衡状态，K==0.56；

②根据表中数值知，NO、二氧化碳的浓度减小，氮气的浓度增大，说明改变条件是分离出二氧化碳物质(减小CO2的浓度)；

③原先达到平衡时，Qc=K，在20 min时，保持温度和容器体积不变再充入NO和N2，使二者的浓度均增加至原来的两倍，Qc'==Qcv逆；

(3)反应达到平衡时v正=v逆，v正=k1•p2(NO2)，v逆=k2•p(N2O4)，所以Kp==，所以k1=k2·Kp，满足平衡条件v(NO2)=2v(N2O4)即为平衡点，根据图象，B、D所对应的速率刚好为1：2的关系，所以B、D为平衡点。