Question

【題目】研究氮氧化合物的治理是環(huán)保的一項重要工作，合理應用和處理氮的化合物，在生產生活中有著重要的意義。

(1)已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+181.5 kJ·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的過程如下圖所示。從吸附到解吸的過程中，能量狀態(tài)最低的是___________(填字母序號)。

(2)為減少汽車尾氣中NOx的排放，常采用CxHy(烴)催化還原NOx消除氮氧化物的污染。

例如：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=－574 kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H2=－1160 kJ/mol

③CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3

則△H3=___________。

(3)亞硝酰氯(ClNO)是有機合成中常用試劑，已知：2NO(g)+Cl2(g)2 ClNO(g) △H＜0

①一定溫度下，將2 molNO與2 molCl2置于2L密閉容器中發(fā)生反應，若該反應4min后達平衡，此時壓強是初始的0.8倍，則平均反應速率v(Cl2)=___________mol·L－1·min－1。下列可判斷反應達平衡狀態(tài)的是___________(項序號字母)。

A 混合氣體的平均相對分子質量不變

B 混合氣體密度保持不變

C NO和Cl2的物質的量之比保持不變

D 每消耗1 moI NO同時生成1molClNO

②為了加快化學反應速率，同時提高NO的轉化率，其他條件不變時，可采取的措施有___________(填選項序號字母)。

A 升高溫度 B 縮小容器體積

C 再充入Cl2氣體 D 使用合適的催化劑

③一定條件下在恒溫恒容的密閉容器中，按一定比例充入NO(g)和Cl2(g)，平衡時ClNO的體積分數(shù)隨n(NO)/n(Cl2)的變化圖像如圖(b)所示，當n(NO)/n(Cl2)=2.5時，達到平衡狀態(tài)，ClNO的體積分數(shù)可能是圖中D、E、F三點中的___________點。

(4)已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應歷程分兩步：

①2NO(g)N2O2(g)(快)，v1正=k1正c2(NO)，v1逆 =k1逆c (N2O2)

②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢)，v2正=k2正c(N2O2)·c(O2)，v2逆=k2逆c2(NO2)

比較反應①的活化能E1與反應②的活化能E2的大�。�E1___________E2(填“>”、"<”或“=”)：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數(shù)K與上述反應速率常數(shù)k1正、k1逆、k2正、k2逆的關系式為___________。

Answer 1

【答案】C -867 kJ/mol 0.1 A, C B,C F < K = (k1正×K2正)/ (k1逆×K2逆)

【解析】

（1）結合固體催化劑的機理圖解答，整個反應為N2(g)+O2(g) 2NO(g)△H=－181.5 kJ·mol－1，并根據(jù)焓變來解答；

(2)根據(jù)蓋斯定律計算△H3；

(3) ① 利用“三段式”計算反應速率，根據(jù)平衡標志分析是否達到平衡狀態(tài)；②根據(jù)影響反應速率的因素和影響平衡移動的因素分析；③投料比等于系數(shù)比時，達到平衡狀態(tài)ClNO的體積分數(shù)最大；

(4) ① 反應速率越快活化能越小；

②根據(jù)反應達平衡狀態(tài)時v1正=v1逆、v2正=v2逆計算；

（1）①從機理圖可以看出，首先A狀態(tài)中，NO被吸附到催化劑表面，B狀態(tài)為NO變成N原子和O原子，這個過程需要吸收能量，C狀態(tài)為N原子和N原子結合變成N2，O原子和O原子結合變成O2，這個過程為成鍵過程，需要放出能量，則從整個反應過程來看，反應是N2(g)+O2(g) 2NO(g)△H=－181.5 kJ·mol－1，此反是放熱反應，反應焓變△H＜0，可見狀態(tài)C時體系能量最低。

(2)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=－574 kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H2=－1160 kJ/mol

①× ＋②×得CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867 kJ/mol。

(3) 2NO(g)+Cl2(g)2 ClNO(g)

開始 1 1 0

轉化 2x x 2x

平衡 1-2x 1-x 2x

該反應4min后達平衡，此時壓強是初始的0.8倍，所以解得x＝0.4，則平均反應速率v(Cl2)=0.1 mol·L－1·min－1。

A． ，氣體總質量不變、氣體物質的量是變量，所以混合氣體的平均相對分子質量是變量，若混合氣體的平均相對相對分子質量不變，一定達到平衡狀態(tài)，故選A；

B． ，容器體積不變、氣體總質量不變，密度是恒量，混合氣體密保持不變，不一定平衡，故不選B；

C．NO和Cl2的物質的量之比為 ，NO和Cl2的物質的量之比是變量，若保持不變一定平衡，故選C；

D．每消耗1 mol NO同時生成1molClNO，不能判斷正逆反應速率是否相等，不一定平衡，故不選D；選AC。

②A．2NO(g)+Cl2(g)2 ClNO(g)正反應放熱，升高溫度，平衡逆向移動，NO轉化率減小，故不選A；

B．縮小容器體積，壓強增大，速率加快、平衡正向移動，NO轉化率增大，故選B；

C．再充入Cl2氣體，氯氣濃度增大，速率加快、平衡正向移動，NO轉化率增大，故選C；

D．使用合適的催化劑，平衡不移動，NO轉化率不變，故不選D。

③n(NO)/n(Cl2)=2時，達到平衡狀態(tài)ClNO的體積分數(shù)最大，當n(NO)/n(Cl2)=2.5時，達到平衡狀態(tài)，ClNO的體積分數(shù)可能是圖中F點

(4) ①因為決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應②，所以反應①的活化能E1遠小于反應②的活化能E2；

②，反應達平衡狀態(tài)時v1正=v1逆、v2正=v2逆，即k1正c2(NO) =k1逆c(N2O2)、k2正c(N2O2)·c(O2)=k2逆c2(NO2)；帶入得，K=(k1正×K2正)/(k1逆×K2逆)。