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10min和20min各物质平衡浓度如表所示：

①T℃时，该反应的平衡常数为__________（保留两位有效数字）。

②在10min时，若只改变某一条件使平衡发生移动，20min时重新达到平衡，则改变的条件是__________。

③在20min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，指出能表示反应未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 分离出了二氧化碳(减小CO2的浓度) > 2k2•Kp A、C

【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，反之则为未平衡点。

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

(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；故答案为：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)：故答案为：分离出了二氧化碳(减小CO2的浓度)；

③原先达到平衡时，Qc＝K，在20min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'＝＝Qc＜K，所以反应正向进行，v正＞v逆；故答案为：＞；

(3)反应达到平衡时v正＝v逆，v正＝k1•p2(NO2)，v逆＝2k2•p(N2O4)，所以Kp＝＝，所以k1＝2k2•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，A、C为未达到平衡状态的点；故答案为：2k2•Kp；A、C。