Question

【題目】氮氧化合物是工業生產重要原料，也是大氣污染的重要來源，研究氮氧化合物相關反應原理具有重要意義。回答下列問題：

（1）一步完成的反應稱為基元反應，只由基元反應構成的化學反應稱為簡單反應，兩個及以上基元反應構成的化學反應稱為復雜反應，復雜反應的速率取決（等）于慢的基元反應速率。基元反應aA+bB=cC+dD的速率方程為v=k·ca(A)·cb(B)，其中k為速率常數。已知反應NO2+CO=NO+CO2 ，在不同溫度下反應機理不同。

①溫度高于490K時，上述反應為簡單反應，請寫出其速率方程______________。

②溫度高于520K時，該反應是由兩個基元反應構成的復雜反應，其速率方程v=k·c2(NO2)，已知慢的基元反應的反應物和產物為NO、NO2 、NO3，用方程式表示反應歷程。

第一步：____________________（慢反應）。

第二步：____________________（快反應）。

（2）N2O4(g) 2NO2(g) ΔH =+57 kJ·mol－1 該反應是高中和大學化學學習的經典素材。

①對于上述反應下列說法不正確的一項是_________（填字母）。

A．恒溫恒容，加入N2O4重新達到平衡體系顏色加深

B．恒溫恒容，加入NO2重新達到平衡NO2體積分數變大

C．絕熱容器中，體系顏色不變，說明該反應處于平衡狀態

D. 恒溫恒壓下，加入N2O4重新達到平衡體系顏色不變

②T1K時，向1L真空容器中加入1molN2O4 ，達到平衡時NO2的平衡產率為20%，則該溫度下的平衡常數K=____,達到平衡時吸收的熱量為_____kJ。某溫度下，該反應達到平衡，NO2與N2O4的混合氣體總壓強為100KPa，密度為同狀態下氫氣密度的34.5倍，平衡常數KP=____KPa（用平衡分壓代替平衡濃度計算）。

③若v(N2O4)=k1·c(N2O4) v(NO2)=k2·c(NO2)，T2溫度下，若k1=k2 ，則T2____T1（填“高于”或“低于”）。

（3）復雜反應2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)由兩個基元反應構成，2NO(g)=N2O2(g) （快速平衡）N2O2(g) +O2(g)=2NO2(g)（慢反應），已知快反應為放熱反應，其正、逆反應速率常數分別為k1和k2慢反應正、逆反應速率常數分別為k3和k4。若v正=k·c2(NO)·c(O2) 則k=______（用k1、k2、k3表示）；

Answer 1

【答案】v=k·c(NO2)·c(CO) 2NO2=NO+ NO3 NO3+2CO=NO+CO2 BC 0.2 11.4 50 高于 K=k1k3/k2

【解析】

（1）①根據給定信息結合基元反應速率表達式書寫；

②根據速率方程，采用逆向思維推出慢反應，再結合總反應寫出快反應；

（2）①對于平衡N2O4(g)2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol－1，是氣體體積分數增大的吸熱反應，結合勒夏特列原理分析作答；

②結合平衡常數的表達式，列出三段式作答；根據能量變化與標準焓變和熱化學方程式之間的關系可求出實際吸收的熱量；根據條件求出混合氣體的摩爾質量，利用十字相乘法根據平衡常數分壓表達式求出；

③根據已知信息，找出T2平衡后二氧化氮的平衡產率與T1溫度下的關系作答。

（3）根據基元方程的速率方程表達式推導。

（1）①基元反應aA+bB=cC+dD的速率方程為v=k·ca(A)·cb(B)，則溫度高于490K時，簡單反應NO2+CO=NO+CO2的速率方程為v=k·c(NO2)·c(CO)，

故答案為：v=k·c(NO2)·c(CO)；

②溫度高于520K時，該反應是由兩個基元反應構成的復雜反應，根據速率方程v=k·c2(NO2)可知，慢反應的反應物為NO2，結合產物氮氧化物可知，其慢反應為：2NO2=NO+ NO3，因總反應為NO2+CO=NO+CO2，則快反應為NO3+2CO=NO+CO2，

故答案為：2NO2=NO+ NO3；NO3+2CO=NO+CO2；

（2）①對于平衡N2O4(g) =2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol－1，是氣體體積分數增大的吸熱反應，則：

A. 恒溫恒容，加入N2O4，相當于加壓，平衡向逆反應方向移動，顏色變淺，A項錯誤；

B. 恒溫恒容，加入NO2相當于加壓，平衡向逆反應方向移動，但加入的NO2初始濃度增大，最終重新達到平衡后NO2的體積分數增大，B項正確；

C. 該反應為吸熱反應，若在絕熱容器中，體系顏色不變，則說明各物質濃度保持不變，即該反應處于平衡狀態，C項正確；

D. 恒溫恒壓下，加入N2O4，增大體積，相當于恒容狀態下的減壓效果，則平衡向正反應方向移動，重新達到平衡后體系顏色加深，D項錯誤；

答案選BC；

②設轉化的N2O4為x mol/L，則：

因達到平衡時NO2的平衡產率為20%，因理論上1mol/L N2O4產生NO2 2mol/L，若NO2平均產率為20%，則：

，則x=，

該溫度下的平衡常數K=；達到平衡時吸收的熱量為為標準焓變的20%，即57 kJ·mol－1×20%=11.4 kJ·mol－1；

某溫度下，該反應達到平衡，NO2與N2O4的混合氣體總壓強為100KPa，密度為同狀態下氫氣密度的34.5倍，則混合氣體的摩爾質量為34.5×2g/mol=69g/mol,則：

根據十字相乘法可知平衡后兩種氣體的物質的量之比n (NO2):n(N2O4)=23：23=1:1，因平衡NO2與N2O4的混合氣體總壓強為100KPa，平衡常數KP= =50 Kpa，

故答案為：0.2；11.4；50；

③若v(N2O4)=k1·c(N2O4) v(NO2)=k2·c(NO2)，T2溫度下，若k1=k2，則平衡產率為50%，與T1溫度相比，平衡向正反應方向移動，則T2> T1，

故答案為：高于；

（3）由基元反應aA+bB=cC+dD的速率方程為v=k·ca(A)·cb(B)可知，快速平衡2NO(g)=N2O2(g)的正反應速率v快正=k1·c2(NO)①，逆反應速率v快逆=k2·c(N2O2)②，慢反應為N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g)，則v慢正= k3·c(N2O2)·c(O2)，則反應速率v正= ·c2(NO) c(O2)，所以K=k1k3/k2，

故答案為：k1k3/k2。