Question

10．汽車排放的尾氣中氮氧化合物是目前造成大氣污染的主要?dú)怏w．NO在空氣中存在如下反應(yīng)：NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?NO₂（g）△H
（1）上述反應(yīng)分兩步完成，其中第一步反應(yīng)①如下，寫(xiě)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(lái)表示）：
①2NO（g）?N₂O₂（g）△H₁＜0
②N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁
（2）在某溫度下的一密閉容器中充入一定量的NO₂，發(fā)生2NO+O₂?2NO₂，測(cè)得NO₂的濃度隨時(shí)間的變化曲線如圖1所示，前10秒內(nèi)的O₂的平均生成速率為7.5×10^-4mol•L^-1•s^-1，該條件下反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)數(shù)值為100．

（3）在某溫度下體積固定的密閉容器中發(fā)生2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀
態(tài)的標(biāo)志是bef
a．2v_正（NO）=v_逆（O₂）                               b．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變
c．c（NO）：c（O₂）：c（NO₂）=2：1：2   d．混合氣體的密度保持不變
e．混合氣體的壓強(qiáng)保持不變   f．混合氣體的顏色保持不變
（4）2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的兩步反應(yīng)中，反應(yīng)①的反應(yīng)是一個(gè)快反應(yīng)，而反應(yīng)②是一個(gè)慢反應(yīng)．反應(yīng)體系升高溫度的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)速率變慢，結(jié)合該反應(yīng)的兩步反應(yīng)過(guò)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平衡向右移動(dòng)，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對(duì)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)使用催化劑）．
（5）若題（2）中反應(yīng)體系使用了催化劑，請(qǐng)?jiān)陬}（2）的圖中畫(huà)出該反應(yīng)體系反應(yīng)進(jìn)程可能的曲線．
（6）電解法處理氮氧化合物是目前大氣污染治理的一個(gè)新思路，原理是將NO_x在電解池中分解成無(wú)污染的N₂除去，如圖2所示，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)O₂^-，如NO_x為NO則電解池陰極反應(yīng)為2NO+4e^-=N₂+2O^2-．

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；
（2）根據(jù)=$\frac{△C}{△t}$計(jì)算v（NO₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（O₂）；平衡時(shí)c（NO₂）=0.02mol/L，則△c（O₂）=$\frac{1}{2}$×（0.04-0.02）mol/L=0.01mol/L，△c（NO）=△c（NO₂）=（0.04-0.02）mol/L=0.02mol/L，代入平衡常數(shù)K=$\frac{c{\;}^{2}（N{O}_{2}）}{c{\;}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}$計(jì)算；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（4）慢反應(yīng)決定整個(gè)過(guò)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(dòng)，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對(duì)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；
（5）若（2）中反應(yīng)體系，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)使用催化劑，反應(yīng)速率加快，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化氮的濃度不變；
（6）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(wú)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-．

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 ；
故答案為：N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ；
（2）前10s內(nèi)v（NO₂）=$\frac{（0.040-0.025）mol/L}{10s}$=0.0015mol/（L•S），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（NO₂）=7.5×10^-4mol/（L．min）；
平衡時(shí)c（NO₂）=0.02mol/L，則△c（O₂）=$\frac{1}{2}$×（0.04-0.02）mol/L=0.01mol/L，△c（NO）=△c（NO₂）=（0.04-0.02）mol/L=0.02mol/L，代入平衡常數(shù)K=$\frac{c{\;}^{2}（N{O}_{2}）}{c{\;}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.02{\;}^{2}}{0.02{\;}^{2}0.01}$=100；
故答案為：7.5×10^-4mol/（L．min）；100；
（3）a．依據(jù)速率之比等于計(jì)量系數(shù)之比：v_正（O₂）=$\frac{1}{2}$V_正（NO），則v_正（O₂）≠v_逆（O₂），故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化而變化的狀態(tài)，說(shuō)明氣體的總物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．當(dāng)體系達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，c（NO）：c（O₂）：c（NO₂）=2：1：2，也可能不是，與各物質(zhì)的初始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故c錯(cuò)誤；
d．依據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$，密度一直不隨時(shí)間的變化，故d錯(cuò)誤；
e．反應(yīng)前后氣體系數(shù)和不相等，壓強(qiáng)隨著反應(yīng)進(jìn)行不斷變化，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)可以作為判斷依據(jù)，故d正確；
f．混合氣體的顏色保持不變，意味二氧化氮濃度不變，可以作為判斷依據(jù)，故f錯(cuò)誤；
故選：bef；
（4）慢反應(yīng)決定整個(gè)過(guò)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(dòng)，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對(duì)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(dòng)，造成N₂O₂濃度減小，溫度升高對(duì)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；
（5）若（2）中反應(yīng)體系，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)使用催化劑，反應(yīng)速率加快，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化氮的濃度不變，在圖中畫(huà)出該反應(yīng)體系反應(yīng)進(jìn)程可能的曲線為：，
故答案為：；
（6）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(wú)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-，若NO_x為NO，則電極反應(yīng)式為：2NO+4e^-=N₂+2O^2-；
故答案為：2NO+4e^-=N₂+2O^2-；

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、蓋斯定律應(yīng)用、電解原理等，難度中等，注意對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)理解掌握，答題時(shí)注意題中信息的靈活運(yùn)用．