Question

【題目】N元素是植物生長(zhǎng)的必需元素，含氮化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生活中都發(fā)揮著重要作用。

（1）氧化亞氮（N2O）是一種強(qiáng)溫室氣體，且易轉(zhuǎn)換成顆粒污染物。研究氧化亞氮分解對(duì)環(huán)境保護(hù)有重要意義。污水生物脫氮過(guò)程中，在異養(yǎng)微生物催化下，硝酸銨可分解為N2O和另一種產(chǎn)物，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____。

（2）氮的氧化物既是空氣的重要污染物，同時(shí)也是重要的化工原料。某化學(xué)課外小組查閱資料后得知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步：

①2NO(g)N2O2(g)（快）ΔH1<0 K1

②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)（慢）ΔH2<0 K2

反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH=__（用含ΔH1和ΔH2的式子表示），K=___（用含K1和K2的式子表示）。決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)速率的是反應(yīng)_____（填序號(hào)），則反應(yīng)①的活化能E1，與反應(yīng)②的活化能E2的大小關(guān)系為E1___（填“>”“<”或“=”）E2。

（3）在373 K時(shí)，向體積為2 L的恒容真空容器中通入0.40 mol NO2，發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g)N2O4(g)　 ΔH=57.0 kJ·mol1。測(cè)得NO2的體積分?jǐn)?shù)[φ(NO2)]與反應(yīng)時(shí)間(t)的關(guān)系如下表：

t/min	0	20	40	60	80
φ(NO2)	1.0	0.75	0.52	0.40	0.40

①0～20 min內(nèi)，v(N2O4)=__________。

②上述反應(yīng)中，v正(NO2)=k1·c2(NO2)，v逆(N2O4)=k2·c(N2O4)，其中k1、k2為速率常數(shù)，則373 K時(shí)，k1、k2的數(shù)學(xué)關(guān)系式為____。改變溫度至T1時(shí)k1=k，則T1___373 K（填“>”“<”或“=”）。

Answer 1

【答案】NH4NO3N2O+2H2O ΔH=ΔH1+ΔH2 K= K1K2 ② ＜ 2×10-3mol·L1·min1 k1=60k2 ＞

【解析】

（1）依據(jù)質(zhì)量守恒規(guī)律書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式，注意反應(yīng)條件；

（2）依據(jù)蓋斯定律分析結(jié)合反應(yīng)熱與平衡常數(shù)公式作答；決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)速率為慢反應(yīng)；

（3）設(shè)0～20 min內(nèi)生成N2O4的物質(zhì)的量是x mol，列出三段式作答；達(dá)到平衡時(shí)列三段式計(jì)算各物質(zhì)濃度，再根據(jù)v正(NO2)∶v逆(N2O4) = 2∶1，結(jié)合給定信息求出結(jié)論；若使k1=k2，則c(NO2)較原平衡增大，結(jié)合溫度對(duì)平衡的影響因素分析；

（1）依據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，該反應(yīng)的產(chǎn)物應(yīng)為N2O和H2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NH4NO3N2O+2H2O；

（2）根據(jù)蓋斯定律分析， ①+②即可得到反應(yīng)，2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，故對(duì)應(yīng)的反應(yīng)熱之間的關(guān)系為ΔH=ΔH1+ΔH2；因?yàn)榉磻?yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)為①+②的結(jié)果，所以其平衡常數(shù)K= K1K2；反應(yīng)慢的速率決定總反應(yīng)速率，則決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)速率的是反應(yīng)②，所以所以反應(yīng)①的活化能E1遠(yuǎn)小于反應(yīng)②的活化能E2；

故答案為：ΔH=ΔH1+ΔH2；K= K1·K2；②；＜；

（3）①設(shè)0～20 min內(nèi)生成N2O4的物質(zhì)的量是x mol。

2NO2(g)N2O4(g)

開(kāi)始（mol/L）： 0.2 0

轉(zhuǎn)化（mol/L）： x

20 min（mol/L）：（0.2x）

，解得：x = 0.08，v(N2O4) = mol/L÷20 min = 2.0×103 mol/(L·min)；

②設(shè)平衡時(shí)N2O4的濃度為x mol/L。

2NO2(g)N2O4(g)

開(kāi)始： 0.2 mol/L 0

轉(zhuǎn)化： 2x mol/L x mol/L

平衡： (0.22x) mol/L x mol/L

，x=0.075，v正(NO2)∶v逆(N2O4)=2∶1，即k1·c2(NO2)∶k2·c(N2O4)=2∶1，k1×0.052∶k2×0.075=2∶1，所以k1 = 60 k2。若改變溫度至T1時(shí)k1=k2，則根據(jù)平衡時(shí)k1·c2(NO2)∶k2·c(N2O4) = 2∶1可知c(NO2)較原平衡增大，c(N2O4)較原平衡減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)正反應(yīng)放熱，所以T1>373K，

故答案為：2.0×103；k1=60k2；>。