Question

【题目】N元素是植物生长的必需元素，含氮化合物在工农业生产以及生活中都发挥着重要作用。

（1）氧化亚氮（N2O）是一种强温室气体，且易转换成颗粒污染物。研究氧化亚氮分解对环境保护有重要意义。污水生物脱氮过程中，在异养微生物催化下，硝酸铵可分解为N2O和另一种产物，该反应的化学方程式为____。

（2）氮的氧化物既是空气的重要污染物，同时也是重要的化工原料。某化学课外小组查阅资料后得知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：

①2NO(g)N2O2(g)（快）ΔH1<0 K1

②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)（慢）ΔH2<0 K2

反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH=__（用含ΔH1和ΔH2的式子表示），K=___（用含K1和K2的式子表示）。决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率的是反应_____（填序号），则反应①的活化能E1，与反应②的活化能E2的大小关系为E1___（填“>”“<”或“=”）E2。

（3）在373 K时，向体积为2 L的恒容真空容器中通入0.40 mol NO2，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)　 ΔH=57.0 kJ·mol1。测得NO2的体积分数[φ(NO2)]与反应时间(t)的关系如下表：

t/min	0	20	40	60	80
φ(NO2)	1.0	0.75	0.52	0.40	0.40

①0～20 min内，v(N2O4)=__________。

②上述反应中，v正(NO2)=k1·c2(NO2)，v逆(N2O4)=k2·c(N2O4)，其中k1、k2为速率常数，则373 K时，k1、k2的数学关系式为____。改变温度至T1时k1=k，则T1___373 K（填“>”“<”或“=”）。

Answer 1

【答案】NH4NO3N2O+2H2O ΔH=ΔH1+ΔH2 K= K1K2 ② ＜ 2×10-3mol·L1·min1 k1=60k2 ＞

【解析】

（1）依据质量守恒规律书写化学方程式，注意反应条件；

（2）依据盖斯定律分析结合反应热与平衡常数公式作答；决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率为慢反应；

（3）设0～20 min内生成N2O4的物质的量是x mol，列出三段式作答；达到平衡时列三段式计算各物质浓度，再根据v正(NO2)∶v逆(N2O4) = 2∶1，结合给定信息求出结论；若使k1=k2，则c(NO2)较原平衡增大，结合温度对平衡的影响因素分析；

（1）依据质量守恒定律可知，该反应的产物应为N2O和H2O，反应的化学方程式为：NH4NO3N2O+2H2O；

（2）根据盖斯定律分析， ①+②即可得到反应，2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，故对应的反应热之间的关系为ΔH=ΔH1+ΔH2；因为反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)为①+②的结果，所以其平衡常数K= K1K2；反应慢的速率决定总反应速率，则决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率的是反应②，所以所以反应①的活化能E1远小于反应②的活化能E2；

故答案为：ΔH=ΔH1+ΔH2；K= K1·K2；②；＜；

（3）①设0～20 min内生成N2O4的物质的量是x mol。

2NO2(g)N2O4(g)

开始（mol/L）： 0.2 0

转化（mol/L）： x

20 min（mol/L）：（0.2x）

，解得：x = 0.08，v(N2O4) = mol/L÷20 min = 2.0×103 mol/(L·min)；

②设平衡时N2O4的浓度为x mol/L。

2NO2(g)N2O4(g)

开始： 0.2 mol/L 0

转化： 2x mol/L x mol/L

平衡： (0.22x) mol/L x mol/L

，x=0.075，v正(NO2)∶v逆(N2O4)=2∶1，即k1·c2(NO2)∶k2·c(N2O4)=2∶1，k1×0.052∶k2×0.075=2∶1，所以k1 = 60 k2。若改变温度至T1时k1=k2，则根据平衡时k1·c2(NO2)∶k2·c(N2O4) = 2∶1可知c(NO2)较原平衡增大，c(N2O4)较原平衡减小，说明平衡逆向移动，该反应正反应放热，所以T1>373K，

故答案为：2.0×103；k1=60k2；>。