Question

【題目】碳、氮能形成多種氧化物、氫化物。

(1)已知：①2NO(g)N2(g)＋O2(g) △H1＝－180．5 kJ·mol－1

②CO(g)＋O2(g)CO2(g) △H2＝－283 kJ·mol－1

則NO與CO反應生成兩種無毒氣體的熱化學方程式為________________。

(2)使用高效催化劑可大大減少汽車尾氣排放出的NOx含量，某研究所的科研人員探究了T1℃時等質量的三種催化劑對CO還原NO的催化效果(其他條件相同)，所得結果如圖1所示。

①如果不考慮催化劑價格，則使用催化劑____(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)最好；A、B兩狀態下，生成CO的速率大小關系是_____。

②若容器容積為2 L，開始時加入0.5 mol NO、0.5 mol CO，在催化劑Ⅰ的作用下達到如圖1所示平衡，則反應2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)在該溫度下的平衡常數K＝____L·mol－1。

③在圖2坐標系中畫出使用催化劑Ⅰ(其他條件相同)時，25s時容器內反應的脫氮率(NO轉化率)與溫度的關系圖____。

(3)化學動力學上將一步完成的反應稱為基元反應。對于基元反應：aA＋bBcC＋dD，其速率方程式為v＝k·ca(A)·cb(B)(k為只與溫度有關的速率常數)，復雜反應(由幾個基元反應構成)的速率取決于慢的基元反應。

①已知反應NO2(g)＋CO(g)NO(g)＋CO2(g)△H＜0，在溫度低于250℃時是由兩個基元反應構成的復雜反應，該反應的速率方程式為v＝k·c2(NO2)，則其兩個基元反應分別為：Ⅰ．____=NO3＋_____；Ⅱ．略，這兩個反應中活化能較小的是___。

②某科研小組測得380℃時該反應的c(NO2)、c(CO)與生成CO2的速率[v(CO2)]的關系如下：

則該溫度下的反應速率常數k＝____L·mol－1·s－1。

Answer 1

【答案】2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H=-746.5kJ kJ·mol－1 I v(A)>v(B) 640 2NO2 NO II 0.22

【解析】

(1) NO與CO反應生成兩種無毒氣體，應為CO2和N2，方程式應為2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)；

由已知：①2NO(g)N2(g)＋O2(g) △H1＝－180.5 kJ·mol－1；

②CO(g)＋O2(g)CO2(g) △H2＝－283 kJ·mol－1；

根據蓋斯定律可知可得2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H=-180.5 kJ·mol－1+(-283 kJ·mol－1)=-746.5kJ kJ·mol－1；

(2)①據圖可知相同時間內使用催化劑I的反應最先達到平衡，所以使用催化劑I最好；據圖可知A點曲線的斜率更大，反應速率更快；

②據圖可知25s時氮氣的物質的量不再改變說明反應達到平衡，此時n(N2)=0.2mol，根據方程式可知此時容器中n(CO2)=0.4mol，△n(NO)=△n(CO)=0.4mol，初始投料為0.5molCO和0.5molNO，所以平衡時容器內n(NO)=n(CO)=0.1mol，容器的體積為2L，所以K==640；

③溫度低于T1時，反應速率小于T1時的反應速率，所以25s時反應達不到平衡，且溫度越高反應速率越快，相同時間內脫氮率越高，當溫度高于T1時，反應速率加快，則25s時反應達到平衡，但由于該反應正反應焓變小于0，為放熱反應，所以溫度升高，平衡左移，脫氮率會下降，所以關系圖為；

(3)①溫度低于250℃時，該反應的速率方程式為v＝k·c2(NO2)，說明NO2和CO不參與同一個基元反應，且NO2參與的基元反應為慢反應，決定了該反應的反應速率，基元反應I中產物有NO3，根據元素守恒可知該基元反應反應物應為NO2，則該基元反應I為：2NO2=NO3+NO； 活化能越大，反應速率越慢，基元反應I決定整個反應速率，說明反應I活化能較大，即反應II活化能較小；

②根據表格分析可知CO和NO2的濃度均會影響反應速率，由于該反應不是基元反應，可設該反應的正反應速率v＝k·cx(NO2)·cy(CO)，將表格中相應數據代入有聯立可解得x=1，y=1，k=0.22L·mol-1·s-1。