Question

【題目】氮氧化合物是工業(yè)生產(chǎn)重要原料，也是大氣污染的重要來源，研究氮氧化合物相關(guān)反應(yīng)原理具有重要意義。回答下列問題：

（1）一步完成的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)，只由基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)稱為簡(jiǎn)單反應(yīng)，兩個(gè)及以上基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)稱為復(fù)雜反應(yīng)，復(fù)雜反應(yīng)的速率取決（等）于慢的基元反應(yīng)速率�；�元反應(yīng)aA+bB=cC+dD的速率方程為v=k·ca(A)·cb(B)，其中k為速率常數(shù)。已知反應(yīng)NO2+CO=NO+CO2 ，在不同溫度下反應(yīng)機(jī)理不同。

①溫度高于490K時(shí)，上述反應(yīng)為簡(jiǎn)單反應(yīng)，請(qǐng)寫出其速率方程______________。

②溫度高于520K時(shí)，該反應(yīng)是由兩個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的復(fù)雜反應(yīng)，其速率方程v=k·c2(NO2)，已知慢的基元反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物為NO、NO2 、NO3，用方程式表示反應(yīng)歷程。

第一步：____________________（慢反應(yīng)）。

第二步：____________________（快反應(yīng)）。

（2）N2O4(g) 2NO2(g) ΔH =+57 kJ·mol－1 該反應(yīng)是高中和大學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的經(jīng)典素材。

①對(duì)于上述反應(yīng)下列說法不正確的一項(xiàng)是_________（填字母）。

A．恒溫恒容，加入N2O4重新達(dá)到平衡體系顏色加深

B．恒溫恒容，加入NO2重新達(dá)到平衡NO2體積分?jǐn)?shù)變大

C．絕熱容器中，體系顏色不變，說明該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)

D. 恒溫恒壓下，加入N2O4重新達(dá)到平衡體系顏色不變

②T1K時(shí)，向1L真空容器中加入1molN2O4 ，達(dá)到平衡時(shí)NO2的平衡產(chǎn)率為20%，則該溫度下的平衡常數(shù)K=____,達(dá)到平衡時(shí)吸收的熱量為_____kJ。某溫度下，該反應(yīng)達(dá)到平衡，NO2與N2O4的混合氣體總壓強(qiáng)為100KPa，密度為同狀態(tài)下氫氣密度的34.5倍，平衡常數(shù)KP=____KPa（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算）。

③若v(N2O4)=k1·c(N2O4) v(NO2)=k2·c(NO2)，T2溫度下，若k1=k2 ，則T2____T1（填“高于”或“低于”）。

（3）復(fù)雜反應(yīng)2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)由兩個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成，2NO(g)=N2O2(g) （快速平衡）N2O2(g) +O2(g)=2NO2(g)（慢反應(yīng)），已知快反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其正、逆反應(yīng)速率常數(shù)分別為k1和k2慢反應(yīng)正、逆反應(yīng)速率常數(shù)分別為k3和k4。若v正=k·c2(NO)·c(O2) 則k=______（用k1、k2、k3表示）；

Answer 1

【答案】v=k·c(NO2)·c(CO) 2NO2=NO+ NO3 NO3+2CO=NO+CO2 BC 0.2 11.4 50 高于 K=k1k3/k2

【解析】

（1）①根據(jù)給定信息結(jié)合基元反應(yīng)速率表達(dá)式書寫；

②根據(jù)速率方程，采用逆向思維推出慢反應(yīng)，再結(jié)合總反應(yīng)寫出快反應(yīng)；

（2）①對(duì)于平衡N2O4(g)2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol－1，是氣體體積分?jǐn)?shù)增大的吸熱反應(yīng)，結(jié)合勒夏特列原理分析作答；

②結(jié)合平衡常數(shù)的表達(dá)式，列出三段式作答；根據(jù)能量變化與標(biāo)準(zhǔn)焓變和熱化學(xué)方程式之間的關(guān)系可求出實(shí)際吸收的熱量；根據(jù)條件求出混合氣體的摩爾質(zhì)量，利用十字相乘法根據(jù)平衡常數(shù)分壓表達(dá)式求出；

③根據(jù)已知信息，找出T2平衡后二氧化氮的平衡產(chǎn)率與T1溫度下的關(guān)系作答。

（3）根據(jù)基元方程的速率方程表達(dá)式推導(dǎo)。

（1）①基元反應(yīng)aA+bB=cC+dD的速率方程為v=k·ca(A)·cb(B)，則溫度高于490K時(shí)，簡(jiǎn)單反應(yīng)NO2+CO=NO+CO2的速率方程為v=k·c(NO2)·c(CO)，

故答案為：v=k·c(NO2)·c(CO)；

②溫度高于520K時(shí)，該反應(yīng)是由兩個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的復(fù)雜反應(yīng)，根據(jù)速率方程v=k·c2(NO2)可知，慢反應(yīng)的反應(yīng)物為NO2，結(jié)合產(chǎn)物氮氧化物可知，其慢反應(yīng)為：2NO2=NO+ NO3，因總反應(yīng)為NO2+CO=NO+CO2，則快反應(yīng)為NO3+2CO=NO+CO2，

故答案為：2NO2=NO+ NO3；NO3+2CO=NO+CO2；

（2）①對(duì)于平衡N2O4(g) =2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol－1，是氣體體積分?jǐn)?shù)增大的吸熱反應(yīng)，則：

A. 恒溫恒容，加入N2O4，相當(dāng)于加壓，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，顏色變淺，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B. 恒溫恒容，加入NO2相當(dāng)于加壓，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，但加入的NO2初始濃度增大，最終重新達(dá)到平衡后NO2的體積分?jǐn)?shù)增大，B項(xiàng)正確；

C. 該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，若在絕熱容器中，體系顏色不變，則說明各物質(zhì)濃度保持不變，即該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，C項(xiàng)正確；

D. 恒溫恒壓下，加入N2O4，增大體積，相當(dāng)于恒容狀態(tài)下的減壓效果，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，重新達(dá)到平衡后體系顏色加深，D項(xiàng)錯(cuò)誤；

答案選BC；

②設(shè)轉(zhuǎn)化的N2O4為x mol/L，則：

因達(dá)到平衡時(shí)NO2的平衡產(chǎn)率為20%，因理論上1mol/L N2O4產(chǎn)生NO2 2mol/L，若NO2平均產(chǎn)率為20%，則：

，則x=，

該溫度下的平衡常數(shù)K=；達(dá)到平衡時(shí)吸收的熱量為為標(biāo)準(zhǔn)焓變的20%，即57 kJ·mol－1×20%=11.4 kJ·mol－1；

某溫度下，該反應(yīng)達(dá)到平衡，NO2與N2O4的混合氣體總壓強(qiáng)為100KPa，密度為同狀態(tài)下氫氣密度的34.5倍，則混合氣體的摩爾質(zhì)量為34.5×2g/mol=69g/mol,則：

根據(jù)十字相乘法可知平衡后兩種氣體的物質(zhì)的量之比n (NO2):n(N2O4)=23：23=1:1，因平衡NO2與N2O4的混合氣體總壓強(qiáng)為100KPa，平衡常數(shù)KP= =50 Kpa，

故答案為：0.2；11.4；50；

③若v(N2O4)=k1·c(N2O4) v(NO2)=k2·c(NO2)，T2溫度下，若k1=k2，則平衡產(chǎn)率為50%，與T1溫度相比，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則T2> T1，

故答案為：高于；

（3）由基元反應(yīng)aA+bB=cC+dD的速率方程為v=k·ca(A)·cb(B)可知，快速平衡2NO(g)=N2O2(g)的正反應(yīng)速率v快正=k1·c2(NO)①，逆反應(yīng)速率v快逆=k2·c(N2O2)②，慢反應(yīng)為N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g)，則v慢正= k3·c(N2O2)·c(O2)，則反應(yīng)速率v正= ·c2(NO) c(O2)，所以K=k1k3/k2，

故答案為：k1k3/k2。