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于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，指出能表示反应达到平衡状态的点是___，理由是________。

Answer

2NO(g)N2O2(g) △H=－(E3-E4)kJ·mol-1 反应Ⅱ 温度升高后反应I平衡逆向移动，导致N2O2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 减小二氧化碳浓度 < k1=2k2·KP BD 达到平衡时，N2O4与NO2的消耗速率满足条件v(NO2)=2v(N2O4)

【解析】

(1)①根据△H=生成物的总能量减反应物总能量计算。

②反应快慢主要由活化能决定，分析温度升高对两个反应的影响。

(2)①T℃时，根据平衡常数表达式进行计算。

②分析得出NO、CO2量比原来减少，氮气比原来增加即得结论。

③再充入NO和N2，使二者的浓度均增加至原来的两倍，根据浓度商计算得到，再与配合常数比较得出。

(3)平衡时v(NO2) 正= 2v(N2O4)逆代入可得到关系式，B、D点，N2O4与NO2的消耗速率满足条件v(NO2)=2v(N2O4)，因此反应达到平衡状态。

(1)①△H=E4 kJ·mol-1－E3kJ·mol-1 =－(E3－E4)kJ·mol-1，因此反应I的热化学方程式2NO(g)N2O2(g) △H=－(E3－E4)kJ·mol-1，故答案为：2NO(g)N2O2(g) △H=－(E3－E4)kJ·mol-1。

②活化能越大，反应速率越慢，反应Ⅱ的活化能大，因此决定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，其原因可能是温度升高后反应I平衡逆向移动，导致N2O2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N2O2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)①T℃时，该反应的平衡常数为，故答案为：0.56。

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，NO、CO2量比原来减少，氮气比原来增加，则改变的条件是减小二氧化碳浓度，故答案为：减小二氧化碳浓度。

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，故答案为：<。

(3)一定温度下，平衡时v(NO2) 正= 2v(N2O4)逆即k1·p2(NO2) = 2k2·p(N2O4)，k1=2k2·KP，因此k1、k2与平衡常数kp间的关系是k1=2k2·KP；在上图标出点中，B、D点，N2O4与NO2的消耗速率满足条件v(NO2)=2v(N2O4)，因此能表示反应达到平衡状态的点是BD，理由是达到平衡时，N2O4与NO2的消耗速率满足条件v(NO2)=2v(N2O4)；故答案为：2k2·KP；BD；达到平衡时，N2O4与NO2的消耗速率满足条件v(NO2)=2v(N2O4)。