Question

【題目】氮氧化物的存在會破壞地球環(huán)境，人們一直在積極探索改善大氣質量的有效措施。

(1)NO加速臭氧層被破壞，其反應過程如圖所示：

① NO的作用是_________。

②已知：O3(g) + O(g) === 2O2(g) ΔH = -143 kJ/mol

反應1：O3(g) + NO(g) === NO2(g) + O2(g) ΔH1 = -200.2 kJ/mol

反應2：熱化學方程式為____________。

(2)已知 N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+181.5kJ·mol－1。某科研小組嘗試利用固體表面催化工藝進行NO的分解。若用、 、和分別表示N2、NO、O2和固體催化劑，在固體催化劑表面分解NO的過程如圖所示。從吸附到解吸的過程中，能量狀態(tài)最低的是______(填字母序號)。

(3)利用電解法處理高溫空氣中稀薄的NO(O2濃度約為NO濃度十倍)，裝置示意圖如圖，固體電解質可傳導O2-

①陰極反應為_______________________。

②消除一定量的NO所消耗的電量遠遠大于理論計算量，可能的原因是(不考慮物理因素)____________。

③通過更換電極表面的催化劑可明顯改善這一狀況，利用催化劑具有_________性。

(4)溫度為T1時，在容積為1L的恒容密閉容器中充入0.6mol的NO2，達平衡時c(O2)＝0.2mol/L，僅發(fā)生反應：2NO2(g)2NO(g)+O2 (g)(△H>0)。實驗測得：v正＝v (NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO) c(O2)，k正、k逆為速率常數，僅受溫度影響。當溫度改變?yōu)?/span>T2時，若k正＝k逆，則T1______T2(填“＞”或“＜”)，得出該結論的理由是______。

Answer 1

【答案】催化劑 NO2(g) + O(g) === NO(g) + O2(g) ΔH2= +57.2 kJ/mol C 2NO +4e－== N2↑+ 2O2- 陰極發(fā)生副反應 O2+4e－== 2O2- 選擇 T2＞T1 達到平衡狀態(tài)時正逆反應速率相等，根據k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)c(O2)，且k正＝k逆，可知c2(NO2)＝c2(NO)c(O2)，T2時化學平衡常數K等于1，大于0.8，且該反應的正反應是吸熱反應，說明升高溫度平衡正向移動，所以 T2＞T1

【解析】

（1）①NO能加速臭氧層被破壞，且前后質量以及化學性質未發(fā)生改變；

②利用蓋斯定律求解；

（2）該分解反應為放熱反應；

（3）①陰極是NO得到電子生成O2-和N2；

②電解裝置中下電極板上存在有O2，容易在陰極發(fā)生副反應；

③催化劑具有選擇性、穩(wěn)定性、活性；

（4）根據T1平衡時各物質的濃度計算平衡常數K，達到平衡時正逆反應速率相等，可計算出平衡常數與k正、k逆之間的關系，當改變溫度為T2時，根據k正＝k逆，可判斷平衡常數的變化，然后結合平衡移動原理分析溫度大小關系。

（1）①由圖可知，NO在反應過程中并未發(fā)生改變，且NO能加速臭氧層被破壞，故NO的作用是作催化劑；

②O3(g) + O(g) === 2O2(g) ΔH = -143 kJ/mol I

O3(g) + NO(g) === NO2(g) + O2(g) ΔH1 = -200.2 kJ/mol II

反應2的化學方程式為NO2+ O=== NO+ O2，由蓋斯定律可知，反應2=I-II，反應2的ΔH=[-143-（-200.2）]kJ/mol=+57.2 kJ/mol，故反應2的熱化學方程式為：NO2(g) + O(g) === NO(g) + O2(g) ΔH2= +57.2 kJ/mol；

（2）NO 分解為氮氣和氧氣的反應是放熱反應，氮氣和氧氣從催化劑表面解吸要消耗能量，故能量最低的狀態(tài)是 C 處，

（3）①陰極是NO得到電子生成O2-和N2，其電極反應式為：2NO +4e－== N2↑+ 2O2-；

②因O2濃度約為NO濃度十倍，且電解裝置中下電極板上存在有O2，容易在陰極發(fā)生副反應：O2+4e－==2O2-，導致耗能遠高于理論值；

③催化劑具有選擇性、穩(wěn)定性、活性，由題可知，更換催化劑的目的是防止副反應的發(fā)生，體現了催化劑的選擇性；

（4）由反應：2NO(g)2NO(g)+O2(g) ΔH>0

起始（mol/L） 0.6 0 0

轉化（mol/L） 2x 2x x

平衡時（mol/L）0.6-2x 2x x

溫度為T1時，由題可知，x=0.2，，根據平衡時正逆反應速率相等，即k正c2(NO2)=k逆c2(NO) c(O2)，結合平衡常數表達式可知=0.8。當溫度為T2時，結合上述分析可知平衡常數，即溫度由T1改變?yōu)?/span>T2時，平衡正向移動，因該反應正向為吸熱反應，因此T2＞T1。