Question

10．汽车排放的尾气中氮氧化合物是目前造成大气污染的主要气体．NO在空气中存在如下反应：NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?NO₂（g）△H
（1）上述反应分两步完成，其中第一步反应①如下，写出第二步反应②的热化学方程式（其反应的
焓变△H₂用含△H、△H₁的式子来表示）：
①2NO（g）?N₂O₂（g）△H₁＜0
②N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁
（2）在某温度下的一密闭容器中充入一定量的NO₂，发生2NO+O₂?2NO₂，测得NO₂的浓度随时间的变化曲线如图1所示，前10秒内的O₂的平均生成速率为7.5×10^-4mol•L^-1•s^-1，该条件下反应的化学平衡常数数值为100．

（3）在某温度下体积固定的密闭容器中发生2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），该反应达到化学平衡状
态的标志是bef
a．2v_正（NO）=v_逆（O₂）                               b．混合气体的平均相对分子质量保持不变
c．c（NO）：c（O₂）：c（NO₂）=2：1：2   d．混合气体的密度保持不变
e．混合气体的压强保持不变   f．混合气体的颜色保持不变
（4）2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的两步反应中，反应①的反应是一个快反应，而反应②是一个慢反应．反应体系升高温度的过程中，发现该反应速率变慢，结合该反应的两步反应过程分析可能的原因决定总反应速率是反应②，温度升高后反应①平衡向右移动，造成N₂O₂浓度减小，温度升高对于反应②的影响弱于N₂O₂浓度减小的影响，N₂O₂浓度减小导致反应②速率变慢（反应使用催化剂）．
（5）若题（2）中反应体系使用了催化剂，请在题（2）的图中画出该反应体系反应进程可能的曲线．
（6）电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路，原理是将NO_x在电解池中分解成无污染的N₂除去，如图2所示，两电极间是固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O₂^-，如NO_x为NO则电解池阴极反应为2NO+4e^-=N₂+2O^2-．

Answer 1

分析 （1）第二步反应②为：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂，根据盖斯定律①+②可得：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），总的热化学方程式-①可得②；
（2）根据=$\frac{△C}{△t}$计算v（NO₂），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（O₂）；平衡时c（NO₂）=0.02mol/L，则△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，代入平衡常数K=$\frac{c{\;}^{2}（N{O}_{2}）}{c{\;}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}$计算；
（3）根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（4）慢反应决定整个过程的反应速率；决定总反应速率是反应②，温度升高后反应①平衡向右移动，造成N₂O₂浓度减小，温度升高对于反应②的影响弱于N₂O₂浓度减小的影响，N₂O₂浓度减小导致反应②速率变慢；
（5）若（2）中反应体系，反应开始时使用催化剂，反应速率加快，缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，平衡时二氧化氮的浓度不变；
（6）电解法处理氮氧化合物原理是将NO_x在电解池中分解成无污染的N₂和O₂除去，两电极间是固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O^2-，阴极发生还原反应，阴极上是NO_x获得电子生成N₂与O^2-．

解答 解：（1）第二步反应②为：N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂，根据盖斯定律①+②可得：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），总的热化学方程式-①可得②，则反应②的热化学方程式为：N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ；
故答案为：N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ；
（2）前10s内v（NO₂）=$\frac{（0.040-0.025）mol/L}{10s}$=0.0015mol/（L•S），速率之比等于化学计量数之比，v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（NO₂）=7.5×10^-4mol/（L．min）；
平衡时c（NO₂）=0.02mol/L，则△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，代入平衡常数K=$\frac{c{\;}^{2}（N{O}_{2}）}{c{\;}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.02{\;}^{2}}{0.02{\;}^{2}0.01}$=100；
故答案为：7.5×10^-4mol/（L．min）；100；
（3）a．依据速率之比等于计量系数之比：v_正（O₂）=$\frac{1}{2}$V_正（NO），则v_正（O₂）≠v_逆（O₂），故a错误；
b．混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化的状态，说明气体的总物质的量不变，达平衡状态，故b正确；
c．当体系达平衡状态时，c（NO）：c（O₂）：c（NO₂）=2：1：2，也可能不是，与各物质的初始浓度及转化率有关，故c错误；
d．依据ρ=$\frac{m}{V}$，密度一直不随时间的变化，故d错误；
e．反应前后气体系数和不相等，压强随着反应进行不断变化，当压强不变时可以作为判断依据，故d正确；
f．混合气体的颜色保持不变，意味二氧化氮浓度不变，可以作为判断依据，故f错误；
故选：bef；
（4）慢反应决定整个过程的反应速率，决定总反应速率是反应②，温度升高后反应①平衡向右移动，造成N₂O₂浓度减小，温度升高对于反应②的影响弱于N₂O₂浓度减小的影响，N₂O₂浓度减小导致反应②速率变慢，
故答案为：决定总反应速率是反应②，温度升高后反应①平衡向右移动，造成N₂O₂浓度减小，温度升高对于反应②的影响弱于N₂O₂浓度减小的影响，N₂O₂浓度减小导致反应②速率变慢；
（5）若（2）中反应体系，反应开始时使用催化剂，反应速率加快，缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，平衡时二氧化氮的浓度不变，在图中画出该反应体系反应进程可能的曲线为：，
故答案为：；
（6）电解法处理氮氧化合物原理是将NO_x在电解池中分解成无污染的N₂和O₂除去，两电极间是固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O^2-，阴极发生还原反应，阴极上是NO_x获得电子生成N₂与O^2-，电极反应式为：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-，若NO_x为NO，则电极反应式为：2NO+4e^-=N₂+2O^2-；
故答案为：2NO+4e^-=N₂+2O^2-；

点评 本题为综合题，考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、盖斯定律应用、电解原理等，难度中等，注意对基础知识理解掌握，答题时注意题中信息的灵活运用．