Question

碳和氮的化合物在生产生活中广泛存在。回答下列问题：

(1)乙炔在Pd表面选择加氢的反应机理如图，其中吸附在Pd表面上的物种用*标注。

上述反应为_____（填“放热”或“吸热”）反应，历程中最小能垒（活化能）为_____kJ/mol，该步骤的化学方程式为_____。

(2)NH₃催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的氮氧化物脱除技术。原理为：4NH₃(g)+6NO(g)5N₂(g)+6H₂O(g) △H=﹣11.63 kJ/mol，在2 L密闭容器中，使用不同的催化剂A、B、C，产生N₂的物质的量随时间变化如图所示。下列说法正确的_____。

A．用催化剂A前50s平均反应速率v(N₂)=2.5×10^﹣2 mol/(L•s)

B．体系各物质状态不变时，反应在任何温度下均可自发进行

C．分离出体系中的H₂O(g)有利于氮氧化物的脱除

D．用催化剂C达到平衡时，N₂产率最小

(3)废气的变废为宝越来越成为人们共同关注的焦点，某化学课外小组查阅资料得知：

2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)的反应历程分两步：

Ⅰ.2NO(g)N₂O₂(g) (快) v_1正=k_1正•c²(NO)，v_1逆═k_1逆•c(N₂O₂) △H₁<0

Ⅱ．N₂O₂(g)+O₂(g)2NO₂(g)(慢)  v_2正=k_2正•c(N₂O₂)•c(O₂)，v_2逆=k_2逆•c²(NO₂) △H₂<0

请回答下列问题：

①一定温度下，2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)平衡常数K=_____（用k_1正、k_1逆、k_2正、k_2逆表示）。

②研究发现NO转化为NO₂的反应速率随温度的升高而减慢，原因是_____。

③已知：N₂O₄(g)2NO₂（g），N₂O₄与NO₂的消耗速率与自身压强有如下关系：v(N₂O₄)=k₁•p(N₂O₄)，v(NO₂)=k₂•p²(NO₂)。一定温度下，相应的速率与压强关系如图所示，图中能表示该反应达到平衡状态的两个点是_____，可以表示该反应正向进行的两个点是_____。

Answer

放热 +66 C2H2*+H*=C2H3* BC 升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，导致容器中c(N2O2)减小，则反应II速率变慢，反应II速率决定整个反应速率，所以反应速率减慢 B、D A、C

【解析】

(1)反应物总能量大于生成物总能量，则该反应为放热反应，否则为吸热反应；反应物和过渡态的能量差越小活化能越小；

(2)A. 先分析0～50 s在催化剂A作用下N2物质的量变化值，然后根据速率公式计算；

B. 根据△G=△H-T△S<0的反应可自发进行；

C. 根据浓度对平衡移动的影响分析；

D. 催化剂只能改变反应所以，不影响平衡移动；

(3)①根据平衡常数的含义，分别计算K1、K2，将方程式叠加，可得待求反应的化学平衡常数K与K1、K2关系式，再转化为k1、k2表示的值；

②升高温度平衡向吸热方向移动，导致容器中c(N2O2)减小；

③如果2v(N2O4)=v(NO2)时，该反应达到平衡状态，如果2v(N2O4)>v(NO2)，则平衡正向移动。

(1)根据图知，反应物乙炔总能量大于生成物乙烯的能量，则该反应为放热反应，反应物和过渡态的能量差越小活化能越小，C2H2*+H*=C2H3* △H=+66 kJ/mol的活化能最小，为+66kJ/mol，该步骤的化学方程式为C2H2*+H*=C2H3*；

(2)A. 在0～50 s在催化剂A作用下n(N2)=2.5×10-3 mol，平均反应速率v(N2)==2.5×10-5 mol/(L·s)，A错误；

B．△G=△H-T△S<0的反应可自发进行，△H<0，由化学计量数可知△S>0，该反应在任何温度下均可自发进行，B正确；

C．减小生成物浓度，平衡正向移动，有利于氮氧化物的反应，可更利于氮氧化物的脱除，C正确；

D．催化剂不能使化学平衡发生移动，所以最终氮气产率相等，D错误；

故合理选项是BC；

(3)①Ⅰ. 2NO(g)N2O2(g) (快) v1正=k1正•c2(NO)，v1逆═k1逆•c(N2O2)，当反应达到平衡时，v1正= v1逆，=k1正•c2(NO)= k1逆•c(N2O2)，该反应K1=；

Ⅱ．N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢) v2正=k2正•c(N2O2)•c(O2)，v2逆=k2逆•c2(NO2)，反应达到平衡时，v2正= v2逆，k2正•c(N2O2)•c(O2)= k2逆•c2(NO2)，该反应K2=，两个方程式相加，则化学平衡常数相乘；

方程式I+II整理可得：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)平衡常数K= K1·K2=；

②研究发现NO转化为NO2的反应速率随温度的升高而减慢，反应开始时，升高温度，物质内能增加，有效碰撞次数增加，反应速率加快，当反应达到平衡后，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，导致容器中c(N2O2)减小，则反应II速率变慢，反应II速率决定整个反应速率，所以反应速率减慢；

③如果2v(N2O4)=v(NO2)时，该反应达到平衡状态，D点纵坐标是B点的2倍，则D、B点存在2v(N2O4)=v(NO2)，这两点为平衡状态；如果2v(N2O4)>v(NO2)，则平衡正向移动，C点纵坐标大于A点，则A、C这两个点表示反应正向进行。