Question

【題目】氧化亞氮（N2O）是一種強溫室氣體，且易轉換成顆粒污染物。研究氧化亞氮分解對環境保護有重要意義。

（1）污水生物脫氮過程中，在異養微生物催化下，硝酸銨可分解為N2O和另一種產物，該反應的化學方程式為________。

（2）已知反應2N2O(g)=2N2(g) + O2(g)的ΔH= –163 kJ·mol－1，1molN2(g)、1molO2(g)分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收945 kJ、498 kJ的能量，則1molN2O(g)分子中化學鍵斷裂時需要吸收的能量為________ kJ。

（3）在一定溫度下的恒容容器中，反應2N2O(g)=2N2(g) + O2(g)的部分實驗數據如下：

反應時間/min	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
C(N2O)/mol/L	0.100	0.090	0.080	0.070	0.060	0.050	0.040	0.030	0.020	0.010	0.010

①在0～20min時段，反應速率v(N2O)為________ mol·L－1·min－1。

②若N2O起始濃度c0為0.150 mol·L－1，則反應至30min時N2O的轉化率α =__________。比較不同起始濃度時N2O的分解速率：v(c0=0.150 mol·L－1) ________ v(c0=0.100 mol·L－1)（填“>”、“=”或“<”）。

③不同溫度（T）下，N2O分解半衰期隨起始壓強的變化關系如圖所示（圖中半衰期指任一濃度N2O消耗一半時所需的相應時間），則T1________T2（填“>”、“=”或“<”）。當溫度為T1、起始壓強為p0，反應至t1 min時，體系壓強p =________（用p0表示）。

（4）碘蒸氣存在能大幅度提高N2O的分解速率，反應歷程為：

第一步 I2(g) 2I(g) （快反應）

第二步 I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g) （慢反應）

第三步 IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+I(g) （快反應）

實驗表明，含碘時N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5（k為速率常數）。下列表述正確的是________（填標號)。

A．N2O分解反應中，k（含碘）> k（無碘） B．第一步對總反應速率起決定作用

C．第二步活化能比第三步大 D．I2濃度與N2O分解速率無關

Answer 1

【答案】NH4NO3N2O+2H2O 1112.5 1.0×10-3 20.0% = > 1.25p0 AC

【解析】

（1）硝酸銨可分解為N2O和另一種產物，根據質量守恒定律可判斷另一產物為H2O，根據得失電子守恒寫出反應的化學方程式；

（2）正反應為放熱反應，化學鍵生成時放出的能量-化學鍵斷裂時需吸收的能量=反應放出的能量，以此分析解答；

（3）①根據反應速率v(N2O)=計算；

②從表中數據分析可知，每個時間段內，△c(N2O)相等，即v(N2O)相等，與起始濃度無關；若N2O起始濃度c0為0.150 mol·L－1，則反應至30min時N2O轉化的濃度為0.010mol/L×3=0.030mol/L，則轉化率α =×100%=20.0%；

③溫度越高反應越快，半衰期越短，由圖可知，壓強一定時，T1時半衰期小于T2，則T1>T2；其他條件相同時，壓強之比等于物質的量之比，由反應式2N2O(g)=2N2(g)+ O2(g)可知，設起始時有2molN2O，當有一半分解時，生成1molN2和0.5molO2，還剩余1molN2O，此時混合氣體總物質的量變為（1mol+1mol+0.5mol）=2.5mol，則體系壓強p =P0=1.25p0；

（4）化學反應速率快慢取決于反應速率最慢的反應，即第二步反應；該反應的總反應為2N2O(g)=2N2(g)+O2(g)，碘在反應中起催化劑作用，以此分析解答。

（1）硝酸銨可分解為N2O和另一種產物，根據質量守恒定律，可判斷另一產物為H2O，反應的化學方程式為NH4NO3N2O+2H2O；

故答案為：NH4NO3N2O+2H2O；

（2）正反應為放熱反應，化學鍵生成時放出的能量-化學鍵斷裂時需吸收的能量=反應放出的能量，設1molN2O(g)分子中化學鍵斷裂時需要吸收的能量為xkJ，則945 kJ×2+498 kJ-2x kJ =163 kJ，解得x=1112.5，

故答案為：1112.5；

（3）①在0～20min時段，v(N2O)===1.0×10-3 mol·L－1·min－1；

②從表中數據分析可知，每個時間段內，△c(N2O)相等，即v(N2O)相等，與起始濃度無關，所以不同起始濃度時N2O的分解速率：v(c0=0.150 mol·L－1) = v(c0=0.100 mol·L－1)；若N2O起始濃度c0為0.150 mol·L－1，則反應至30min時N2O轉化的濃度為0.010mol/L×3=0.030mol/L，則轉化率α=×100%=20.0%；

故答案為：20.0% ；=；

③溫度越高反應越快，半衰期越短，由圖可知，壓強一定時，T1時半衰期小于T2，則T1>T2；其他條件相同時，壓強之比等于物質的量之比，由反應式2N2O(g)=2N2(g) + O2(g)可知，設起始時有2molN2O，當有一半分解時，生成1molN2和0.5molO2，還剩余1molN2O，此時混合氣體總物質的量變為（1mol+1mol+0.5mol）=2.5mol，則體系壓強p =P0=1.25p0；

故答案為：> ；1.25p0；

（4）化學反應速率快慢取決于反應速率最慢的反應，即第二步反應，該反應的總反應為2N2O(g)=2N2(g) + O2(g)，碘在反應中起催化劑作用，

A．碘在反應中起催化劑作用，N2O分解反應中，k（含碘）> k（無碘），故A正確；

B．第二步反應為慢反應，對總反應速率起決定作用，故B錯誤；

C．第二步反應為慢反應，第三步反應為快反應，第二步活化能比第三步大，故C正確；

D．由含碘時N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5可知， N2O分解速率與[c(I2)]0.5成正比，故D錯誤。答案選AC。

故答案為：AC。