Question

2．研究氮氧化物反應(yīng)機(jī)理，對于控制汽車尾氣、保護(hù)環(huán)境有重要意義．
（1）NO在空氣中存在如下反應(yīng)：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H．
上述反應(yīng)分兩步完成，其中第一步反應(yīng)①如下，寫出第二步反應(yīng)②的熱化學(xué)方程式（其反應(yīng)的焓變△H₂用含△H、△H₁的式子來表示）：
①2NO（g）?N₂O₂（g）△H₁＜0；  
②N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ．
上述①反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v_正=k_正c²（NO），逆反應(yīng)速率為v_逆=k_逆c（N₂O₂），其中k_正、k_逆為速率常數(shù)，K為該溫度下的平衡常數(shù)，則k_逆為k_正×$\frac{1}{k}$（以K和k_正表示）．
（2）2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的兩步反應(yīng)中，反應(yīng)①的反應(yīng)速率數(shù)值較大，是一個快反應(yīng)，會快速建立平衡狀態(tài)，而反應(yīng)②是一個慢反應(yīng)．反應(yīng)體系升高溫度的過程中，發(fā)現(xiàn)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的反應(yīng)速率變慢，結(jié)合該反應(yīng)的兩步反應(yīng)過程分析可能的原因決定總反應(yīng)速率是反應(yīng)②，溫度升高后反應(yīng)①平衡向左移動，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對于反應(yīng)②的影響弱于N₂O₂濃度減小的影響，N₂O₂濃度減小導(dǎo)致反應(yīng)②速率變慢（反應(yīng)未使用催化劑）．
（3）電解法處理氮氧化合物是目前大氣污染治理的一個新思路，原理是將NO_x在電解池中分解成無污染的N₂和O₂除去，如圖1示，兩電極間是新型固體氧化物陶瓷，在一定條件下可自由傳導(dǎo)O^2-，電解池陰極反應(yīng)為2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．
（4）汽車的排氣管上裝一個“催化轉(zhuǎn)化器”使汽車尾氣中的CO和NO發(fā)生反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）以減 少污染．當(dāng)質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖2中畫出c（NO）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）第二步反應(yīng)②為：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂，根據(jù)蓋斯定律①+②可得：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），總的熱化學(xué)方程式-①可得②；可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時正逆速率相等；
（2）慢反應(yīng)決定整個過程的反應(yīng)速率；決定總反應(yīng)速率是反應(yīng)②，溫度升高后反應(yīng)①平衡向右移動，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對于反應(yīng)②的影響弱于N₂O₂濃度減小的影響，N₂O₂濃度減小導(dǎo)致反應(yīng)②速率變慢；
（3）電解法處理氮氧化合物原理是將NO_x在電解池中分解成無污染的N₂和O₂除去，兩電極間是固體氧化物電解質(zhì)，在一定條件下可自由傳導(dǎo)O^2-，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陰極上是NO_x獲得電子生成N₂與O^2-；
（4）在2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）的反應(yīng)體系，當(dāng)質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率，反應(yīng)速率加快，縮短到達(dá)平衡的時間，不影響平衡移動，平衡時一氧化氮的濃度不變；

解答 解：（1）第二步反應(yīng)②為：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂，根據(jù)蓋斯定律①+②可得：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），總的熱化學(xué)方程式-①可得②，則反應(yīng)②的熱化學(xué)方程式為：N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ，平衡時正逆反應(yīng)速率相等，k_正c²（NO）=k_逆c（N₂O₂），k=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$，k_逆=k_正×$\frac{1}{k}$
故答案為：N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ；k_正×$\frac{1}{k}$；
（2）慢反應(yīng)決定整個過程的反應(yīng)速率，決定總反應(yīng)速率是反應(yīng)②，溫度升高后反應(yīng)①平衡向右移動，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對于反應(yīng)②的影響弱于N₂O₂濃度減小的影響，N₂O₂濃度減小導(dǎo)致反應(yīng)②速率變慢，
故答案為：決定總反應(yīng)速率是反應(yīng)②，溫度升高后反應(yīng)①平衡向右移動，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對于反應(yīng)②的影響弱于N₂O₂濃度減小的影響，N₂O₂濃度減小導(dǎo)致反應(yīng)②速率變慢；
（3）電解法處理氮氧化合物原理是將NO_x在電解池中分解成無污染的N₂和O₂除去，兩電極間是固體氧化物電解質(zhì)，在一定條件下可自由傳導(dǎo)O^2-，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陰極上是NO_x獲得電子生成N₂與O^2-，電極反應(yīng)式為：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-，
故答案為：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-；
（4）在2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）的反應(yīng)體系，當(dāng)質(zhì)量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率，反應(yīng)速率加快，縮短到達(dá)平衡的時間，不影響平衡移動，平衡時一氧化氮的濃度不變，在圖中畫出該反應(yīng)體系反應(yīng)進(jìn)程可能的曲線為：，
故答案為：．

點評 本題考查電解原理的分析應(yīng)用．化學(xué)平衡有關(guān)計算與影響因素，側(cè)重對化學(xué)平衡的影響因素考查，注意化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，題目難度較大，答題時注意題中信息的靈活運用．