Question

【題目】全國平板玻璃生產企業大氣污染物年排放總量逐年增加，對氮氧化物(NOx)排放的控制與監測已刻不容緩。回答下列問題

(1)平板玻璃熔窯煙氣中的NOx以溫度型氮氧化物為主。其中NO在空氣中容易被一種三原子氣體單質氧化劑和光化學作用氧化成NO2，該氧化劑的分子式為___________。

(2)用CH4催化還原NOx可在一定程度上消除氮氧化物的污染。

已知：CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574kJ·mol－1

2NO2(g)+N2(g)4NO(g) △H=+293kJ·mol－1

則反應CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的△H=___________kJ·mol－1

(3)800℃時，在剛性反應器中以投料比為1︰1的NO(g)與O2(g)反應：

其中NO2二聚為N2O4的反應可以迅速達到平衡。體系的總壓強p隨時間t的變化如下表所示[t=∞時，NO(g)完全反應]。

①NO(g)與O2(g)合成的反應速率v=4.2×10－2×p2(NO)×p(O2)(kPa·min－1)，t=52min時，測得體系中p(O2)=11.4kPa，則此時的p(NO)=___________kPa， v=___________kPa·min－1(計算結果保留1位小數)。

②若升高反應溫度至900℃，則NO(g)與O2(g)完全反應后體系壓強p∞(900℃)______(填“大于”等于”或“小于”)22.3kPa，原因是______________________。

③800℃時，反應N2O4(g)2NO2(g)的平衡常數Kp=___________kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數，計算結果保留2位小數)。

(4)對于反應2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)，科研工作者提出如下反應歷程：

第一步：2NO(g)N2O2(g) 快速平衡

第二步：N2O2+O2(g)→2NO2(g) 慢反應

下列表述正確的是___________(填標號)。

A.v(第一步的逆反應)>v第二步反應

B.反應的中間產物為N2O2

C.第二步中N2O2與O2的碰撞全部有效

D.第二步反應活化能較低

Answer 1

【答案】O3 -1160 6.2 18.4 大于； 溫度升高，容積不變，總壓強提高；二氧化氮二聚為放熱反應，溫度升高，平衡左移，體系的物質的量增加，總壓強提高 49.98 AB

【解析】

（1）NO在空氣中容易被一種三原子氣體單質氧化劑氧化成NO2，則該氧化劑為O3；

（2）將已知方程式編號，①CH4(g)+4NO2(g) 4NOg)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574kJ·mol－1

②2NO2(g)+N2(g) 4NO(g) △H=+293kJ·mol－1

根據蓋斯定律求所給反應的反應熱；

（3）①開始時總壓強為33.2kPa，其中氧氣和一氧化氮等物質的量混和，故氧氣和一氧化氮的分壓都是16.6 kPa，根據反應方程式可知氧氣與一氧化氮按物質的量之比是1:2反應，氧氣減小的壓強為16.6 kPa-11.4kPa=5.2 kPa，又因為壓強之比等于物質的量之比，所以反應的一氧化氮減少的壓強是5.2 kPa×2=10.4 kPa，則此時一氧化氮的壓強是16.6 kPa-10.4kPa=6.2 kPa，因此此時反應速率v=4.2×10－2×p2(NO)×p(O2)= 4.2×10－2×（6.2 kPa）2×11.4kPa =18.4(kPa·min－1)；

②由于溫度升高，容器容積不變，總壓強提高，且二氧化氮二聚為放熱反應，溫度升高，平衡左移，體系的物質的量增加，總壓強提高，所以若升高反應溫度至900℃，則NO(g)與O2(g)完全反應后體系壓強p∞(900℃) 大于22.3kPa。

③根據表中數據可知一氧化氮和氧氣完全反應時的壓強是22.3 kPa，根據方程式可知完全反應時最初生成的二氧化氮的壓強是16.6 kPa，剩余氧氣壓強16.6 kPa-8.3kPa=8.3kPa，總壓強是16.6 kPa+8.3kPa=24.9 kPa，平衡后壓強減少了24.9 kPa-22.3 kPa=2.6kPa，所以根據方程式2NO2(g) N2O4(g)可知平衡時N2O4對應的壓強是2.6kPa，NO2對應的壓強是16.6 kPa-2.6kPa×2=11.4 kPa，則反應N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常數Kp==49.98kPa。

（4）A．由第一步反應快速平衡可知第一步反應的正、逆反應速率都較大，所以第一步的的逆反應速率大于第二步的反應速率；

B.根據第一步和第二步反應可知中間產物為N2O2；

C.化學反應中并不是所有碰撞有效；

D.第二步反應慢，所以第二步反應的活化能較高。

（1）NO在空氣中容易被一種三原子氣體單質氧化劑氧化成NO2，O3具有強氧化性，則該氧化劑的分子式為O3；

故答案為：O3；

（2）將已知方程式編號，①CH4(g)+4NO2(g) 4NOg)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574kJ·mol－1

②2NO2(g)+N2(g) 4NO(g) △H=+293kJ·mol－1

根據蓋斯定律，①-②×2得：

CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的△H=（－574kJ·mol－1）-（+293kJ·mol－1）×2=-1160 kJ·mol－1，

故答案為：-1160；

（3）①開始時總壓強為33.2kPa，其中氧氣和一氧化氮等物質的量混和，故氧氣和一氧化氮的分壓都是16.6 kPa，根據反應方程式可知氧氣與一氧化氮按物質的量之比是1:2反應，氧氣減小的壓強為16.6 kPa-11.4kPa=5.2 kPa，又因為壓強之比等于物質的量之比，所以反應的一氧化氮減少的壓強是5.2 kPa×2=10.4 kPa，則此時一氧化氮的壓強是16.6 kPa-10.4kPa=6.2 kPa，因此此時反應速率v=4.2×10－2×p2(NO)×p(O2)= 4.2×10－2×（6.2 kPa）2×11.4kPa =18.4(kPa·min－1)；

故答案為：6.2；18.4；

②由于溫度升高，容器容積不變，總壓強提高，且二氧化氮二聚為放熱反應，溫度升高，平衡左移，體系的物質的量增加，總壓強提高，所以若升高反應溫度至900℃，則NO(g)與O2(g)完全反應后體系壓強p∞(900℃) 大于22.3kPa。

故答案為：大于；溫度升高，容積不變，總壓強提高；二氧化氮二聚為放熱反應，溫度升高，平衡左移，體系的物質的量增加，總壓強提高；

③根據表中數據可知一氧化氮和氧氣完全反應時的壓強是22.3 kPa，根據方程式可知完全反應時最初生成的二氧化氮的壓強是16.6 kPa，剩余氧氣壓強16.6 kPa-8.3kPa=8.3kPa，總壓強是16.6 kPa+8.3kPa=24.9 kPa，平衡后壓強減少了24.9 kPa-22.3 kPa=2.6kPa，所以根據方程式2NO2(g) N2O4(g)可知平衡時N2O4對應的壓強是2.6kPa，NO2對應的壓強是16.6 kPa-2.6kPa×2=11.4 kPa，則反應N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常數Kp==49.98kPa。

故答案為：49.98；

（4）A．由第一步反應快速平衡可知第一步反應的正、逆反應速率都較大，所以第一步的的逆反應速率大于第二步的反應速率，故A正確；

B.根據第一步和第二步反應可知中間產物為N2O2，故B正確；

C. 化學反應中并不是所有碰撞都是有效碰撞，故C錯誤；

D.第二步反應慢，所以第二步反應的活化能較高，故D錯誤。

故答案為：AB。