Question

【題目】當(dāng)發(fā)動機工作時，反應(yīng)產(chǎn)生的NO尾氣是主要污染物之一，NO的脫除方法和轉(zhuǎn)化機理是當(dāng)前研究的熱點。請回答下列問題：

（1）已知：2NO(g)+O2 (g) =2NO2(g) △H1＝ -113kJ/mol

6NO2(g)+O3(g)=3N2O5(g) △H2＝ -227 kJ/mol

4NO2 (g)+O2(g)=2N2O5(g) △H3＝ -57 kJ/mol

則 2O3(g)= 3O2(g)是_________反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”），以上 O3氧化脫除氮氧化物的總反應(yīng)是NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H4＝_______kJ/mol，最后將NO2與_________劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無污染的氣體而脫除。

步驟	反應(yīng)	活化能	正反應(yīng)速率方程	逆反應(yīng)速率方程
I	2NO(g) N2O2(g)(快)	Ea1
II	N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢)	Ea2

（2）已知：2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步：

①表中k1、k2、k3、k4是只隨溫度變化的常數(shù)，溫度升高將使其數(shù)值_____(填“增大”或“減小”)。

②反應(yīng)I瞬間建立平衡，因此決定2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)反應(yīng)速率快慢的是反應(yīng)II，則反應(yīng)I與反應(yīng)II的活化能的大小關(guān)系為Ea1____Ea2(填“>”“<”或“＝”)，請依據(jù)有效碰撞理論微觀探析其原因______________________________________________。

③一定溫度下，反應(yīng)2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的速率方程為，則k=_______ (用k1、k2、k3表示)。

（3）將一定量的 NO2放入恒容密閉容器中發(fā)生下列反應(yīng)：2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)，測得其平衡轉(zhuǎn)化率α(NO2)隨溫度變化如圖所示，從 b 點到 a 點降溫平衡將向_____移動。圖中 a點對應(yīng)溫度下，NO2的起始壓強為 160kPa，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp= __________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))

Answer 1

【答案】放熱 －198 還原 增大 < 活化能低，同條件下單位體積內(nèi)活化分子數(shù)多，有效碰撞幾率大，速率快 左 108kPa

【解析】

(1) 根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱并判斷反應(yīng)為放熱還是吸熱反應(yīng)；根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，二氧化氮轉(zhuǎn)化為氮氣，氮元素化合價降低，需要加入還原劑與之反應(yīng)；

(2) ①溫度升高化學(xué)反應(yīng)速率加快；

②反應(yīng)I反應(yīng)速率快，反應(yīng)II反應(yīng)速率慢，根據(jù)碰撞理論，活化能低，同條件下單位體積內(nèi)活化分子數(shù)多，有效碰撞幾率大，速率快；

③步驟I反應(yīng)：2NO(g)N2O2(g) ，1正=k1 c2 (NO)，1逆=k2 c(N2O2)，

步驟II反應(yīng)：N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g) ，2正=k3c(N2O2)c(O2)，

步驟I反應(yīng)+步驟II反應(yīng)得總反應(yīng)：2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)

v正＝ ×k3c(N2O2)c(O2)=·c2 (NO)·c(O2)= k·c2 (NO)·c(O2)；

(3) 根據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響分析平衡移動方向；列出三段式找出平衡時各組分的平衡分壓，根據(jù)Kp= 計算。

(1) 已知： ①2NO(g)+O2 (g) =2NO2(g) 　△H1＝－113kJ/mol

②6NO2(g)+O3(g)=3N2O5(g) 　△H2＝－227 kJ/mol

③4NO2 (g)+O2(g)=2N2O5(g) 　△H3＝－57 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律②2-③3得④2O3(g)= 3O2(g) △H＝－283kJ/mol，因△H<0，所以為放熱反應(yīng)；

根據(jù)蓋斯定律（①+④）2得NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H＝[（-113kJ/mol）+(－283kJ/mol)]2=－198 kJ/mol， 最后將NO2與還原劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無污染的氣體N2而脫除。

故答案為：放熱；－198；還原；

(2) ①溫度升高化學(xué)反應(yīng)速率加快， 所以溫度升高將使k1、 k2、 k3、 k4值增大；

②反應(yīng)I反應(yīng)速率快，反應(yīng)II反應(yīng)速率慢。根據(jù)碰撞理論，活化能越低，則在相同條件下單位體積內(nèi)活化分子數(shù)越多，有效碰撞幾率就越大，化學(xué)反應(yīng)速率就越快。 因此，反應(yīng)I與反應(yīng)II的活化能的大小關(guān)系為Ea1< Ea2，

③步驟I反應(yīng)：2NO(g)N2O2(g) ，1正=k1 c2 (NO)，1逆=k2 c(N2O2)，

步驟II反應(yīng)：N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g) ，2正=k3c(N2O2)c(O2)，

步驟I反應(yīng)+步驟II反應(yīng)得總反應(yīng)：2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)

v正＝ ×k3c(N2O2)c(O2)=·c2 (NO)·c(O2)= k·c2 (NO)·c(O2)，故k =，

故答案為：增大；< ；活化能低，同條件下單位體積內(nèi)活化分子數(shù)多，有效碰撞幾率大，速率快；；

(3) 根據(jù)反應(yīng)2NO(g)+O2 (g) =2NO2(g) 　△H1＝－113kJ/mol 為放熱反應(yīng)，

則反應(yīng)2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)為吸熱反應(yīng)，從 b 點到 a 點降溫平衡將向左移動。

圖中 a點對應(yīng)溫度下， NO2的起始壓強為 160kPa， 設(shè)起始時NO2的物質(zhì)的量為a，則

2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)

起始（mol） a 0 0

轉(zhuǎn)化（mol）0.6a 0.6a 0.3a

平衡（mol）0.4a 0.6a 0.3a

平衡時總物質(zhì)的量為0.4a+0.6a+0.3a=1.3a，恒溫恒容條件下，壓強之比等于物質(zhì)的量之比，平衡時總壓強為160kPa=208 kPa，

平衡時NO2、NO和O2的平衡分壓分別為208 kPa×=64 kPa、208 kPa×=96 kPa、208 kPa×=48kPa，

Kp= ==108kPa，

故答案為：左 ；108kPa。