Question

【題目】氮及其化合物對環(huán)境具有顯著影響。

(1)已知汽車氣缸中氮及其化合物發(fā)生如下反應：

N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180 kJ/mol

N2(g)+2O2(g)2NO2(g) △H=+68 kJ/mol

則 2NO(g)+O2(g)2NO2(g) △H=__________ kJ/mol

(2)對于反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應歷程如下：

第一步：2NO(g)N2O2(g)(快速平衡)

第二步：N2O2(g)+O2(g) 2NO(g)(慢反應)

其中可近似認為第二步反應不影響第一步的平衡，第一步反應中：υ正=k1 正·c2(NO)，υ 逆=k1 逆·c(N2O2)，k1正、k1 逆為速率常數(shù)，僅受溫度影響。下列敘述正確的是__________

A. 整個反應的速率由第一步反應速率決定

B. 同一溫度下，平衡時第一步反應的越大，反應正向程度越大

C. 第二步反應速率慢，因而平衡轉化率也低

D. 第二步反應的活化能比第一步反應的活化能高

(3)在密閉容器中充入一定量的CO和NO氣體，發(fā)生反應2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H<0，圖為平衡時NO的體積分數(shù)與溫度、壓強的關系：

①溫度：T1__________T2(填“>”、“<”或“=”)。

②若在D點對反應容器升溫，同時擴大體積使體系壓強減小，重新達到的平衡狀態(tài)可能是圖中A～G點中的__________點(填字母)。

③某研究小組探究該反應中催化劑對脫氮率(即NO轉化率)的影響。將相同量的NO和CO 以一定的流速分別通過催化劑a和b，相同時間內(nèi)測定尾氣，a結果如圖中曲線I所示。已知：催化效率 b>a；b的活性溫度約450℃。在圖中畫出b所對應的曲線(從300℃開始畫) _______。

(4)在汽車的排氣管上加裝催化轉化裝置可減少NOx的排放。研究表明，NOx的脫除率除與還原劑、催化劑相關外，還取決于催化劑表面氧缺位的密集程度。以La0.8A0.2BCoO3＋X(A、B 均為過渡元素)為催化劑，用H2還原NO的機理如下：

第一階段：B4＋(不穩(wěn)定)＋H2→低價態(tài)的金屬離子(還原前后催化劑中金屬原子的個數(shù)不變)

第二階段：I . NO(g)+□→NO(a)

II . 2NO(a)→2N(a)+O2(g) III. 2N(a)→N2(g)+2□

IV. 2NO(a)→N2(g)+2O(a) V. 2O(a)→O2(g)+2□

注：□表示催化劑表面的氧缺位，g表示氣態(tài)，a表示吸附態(tài)

第一階段用氫氣還原 B4＋得到低價態(tài)的金屬離子越多，第二階段反應的速率越快，原因是________。

Answer 1

【答案】-112 BD > A 還原后催化劑中金屬原子的個數(shù)不變，低價態(tài)金屬離子越多，氧缺位增多，反應速率加快

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知的兩個熱化學方程式相減，整理，可得待求反應的熱化學方程式；

(2)A. 整個反應的速率由慢反應決定；

B. 根據(jù)①同一溫度下，平衡時第一步反應的k1正/k1逆越大，化學平衡常數(shù)越大；

C. 反應速率低與轉化率無因果關系；

D. 相同溫度下，第一步反應快速達到平衡，第二步是慢反應，反應越快，說明反應的活化能越低；反應越慢，說明反應的活化能越高；

(3)①根據(jù)壓強不變時，升高反應溫度，化學平衡逆向移動，利用溫度對NO的體積分數(shù)的影響確定T1與T2大小關系；

②對容器升高溫度的同時擴大體積使體系的壓強減小，則平衡逆向移動，NO體積分數(shù)增大；

③根據(jù)在一定溫度范圍內(nèi)，升高溫度，催化劑活性較大，超過其溫度范圍，催化劑活性降低，催化劑不能使平衡發(fā)生移動，不能改變物質的平衡轉化率，催化效率高，反應速率快，先達到化學平衡狀態(tài)；

(3)還原后催化劑中金屬原子的個數(shù)不變，低價態(tài)金屬離子越多，氧缺位增多，反應速率加快；根據(jù)蓋斯定律分析可得。

(1)已知①N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180 kJ/mol

②N2(g)+2O2(g)2NO2(g) △H=+68 kJ/mol

蓋斯定律計算②-①，整理可得2NO(g) +O2(g)2NO2(g) △H=-112 kJ/mol；

(2) A.整個反應的速率由慢反應決定，A錯誤；

B. 根據(jù)①同一溫度下，平衡時第一步反應的越大，化學平衡常數(shù)越大，則反應正向程度越大，B正確；

C. 反應速率低與轉化率大小無關，因此不能根據(jù)反應速率慢判斷反應達到平衡時物質的轉化率小，C錯誤；

D. 相同溫度下，第一步反應快速達到平衡，第二步是慢反應，說明第二步反應的活化能比第一步反應的活化能高，D正確；

故合理選項是BD；

(3)①該反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應，在壓強不變時，升高溫度，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，使NO的體積分數(shù)增大，根據(jù)圖象可知：在溫度為T1時體積分數(shù)大，可確定溫度：T1>T2；

②該反應的正反應為放熱反應，在相同壓強時，溫度升高，平衡逆向移動，NO體積分數(shù)增大，根據(jù)圖象可知反應溫度：B>D>F。在D點對反應容器升溫的同時擴大體積，使體系的壓強減小，則化學平衡逆向移動，最終導致NO的體積分數(shù)增大，所以重新達到平衡時，可能D點變?yōu)閳D中的A點；

③在一定溫度范圍內(nèi)溫度升高，催化劑活性增大，但達到平衡時NO脫除率降低，且催化劑b的催化效率 b>a，b的活性溫度約450℃。在相同溫度時，b比a先使NO達到最大脫氮率，所以催化劑b的曲線表示為；

(3)第一階段用氫氣還原B4+得到低價態(tài)的金屬離子增多，還原后催化劑中金屬原子的個數(shù)不變，價態(tài)降低，低價態(tài)的金屬離子越多，氧缺位增多，反應速率加快，故第二階段反應的速率越快。