Question

【题目】氮的氧化物是造成大气污染的主要物质。研究氮氧化物的反应机理，对于消除环境污染有重要意义。回答下列问题：

(1)已知2NO(g)+O2(g)-2NO2(g)△H的反应历程分两步：

①2NO(g)N2O2(g)(快) △H1<0，v1正=k1正c2(NO)，v1逆=k1逆c2(N2O2)

②N2O2(g)+ O2(g) 2NO2(g)(慢) △H2<0，v2正=k2正c2(N2O2)c(O2)，v2逆=k2逆c2(NO2)

比较反应①的活化能E1与反应②的活化能E2的大小:E1__E2(填“>”、“<”或“=”) 其判断理由是__________；2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K与上述反应速率常数k1正、k1逆、k2正、k2逆的关系式为_______；已知反应速率常数k随温度升高而增大，若升高温度后k2正、k2逆分别增大a倍和b倍，则a____b(填“>”、“<”或“=”)；一定条件下，2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)达平衡后，升高到某温度，再达平衡后v2正较原平衡减小，根据上述速率方程分析，合理的解释是_________________。

(2)①以乙烯(C2H4)作为还原剂脱硝(NO)，其脱硝机理如左下图所示，若反应中n(NO):n(O2) =2：1，则总反应的化学方程式为_______________；脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如右下图，为达到最佳脱硝效果，应采用的条件是________________。

②用NO可直接催化NO分解生成N2、O2，将其反应机理补充完整(Vo代表氧空穴)：

2Ni2++2Vo+2NO→2Ni3++2O-+N2 2O-→+O2-+1/2O2+V。______________

(3)电解NO可制备NH4NO3，其工作原理如右图所示，阴极的电极反应式为______________。

Answer 1

【答案】＜ 活化能越大，一般分子成为活化分子越难，反应速率越慢 k1正.k2正/(k1逆.k2逆) ＜ 温度升高，反应①、②的平衡均逆移，由于反应①的速率大，导致c(N2O2)减小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度，使三者的乘积即v2正减小 6NO+3O2+2C2H43N2+4CO2+4H2O 350℃、负载率3.0% 2Ni3+ + O2-→2Ni2+ +VO+1/2O2 NO + 6H+ +5e- = NH4+ + H2O

【解析】

（1）活化能越低，反应速率越快，反应达到化学平衡时，v正=v逆，由速率方程，反应速率常数k随温度升高而增大，反应②为放热反应，温度升高不利于反应正向进行，则v正＜v逆，反应①为快反应，温度升高，两个反应均逆向移动，体系中c（N2O2）降低，影响v2正；（2）①由图分析，在Cu＋催化作用下，C2H2作为还原剂，NO和O2转化为N2、CO2和H2O，写出反应方程式，由图象可知，需要满足脱销率尽可能大，负载率选择b，温度选择350℃；②整个反应机理过程需满足元素守恒，抓住主反应为2NO═N2+O2，其余都是中间体，整个反应过程中，各中间体需有产生、有消耗，使得三步反应机理净结果为2NO═N2+O2；（3）电解池阴极发生还原反应，NO被还原为NH4＋，写出阴极的电极反应。

（1）活化能越低，反应速率越快，①为快反应，②为慢反应，则活化能大小为E1＜E2，判断理由是：活化能越大，一般分子成为活化分子越难，反应速率越慢，2NO（g）+O2（g）2NO2（g） 的平衡常数K=c2(NO2)/c(O2)c2(NO)，反应达到化学平衡时，v正=v逆，所以k1正c2（NO）=k1逆c2（N2O2），k2正c2（N2O2）·c（O2）=k2逆c2（NO2），则有k1正·k2正/k1逆·k2逆= =K，反应速率常数k随温度升高而增大，反应②为放热反应，温度升高不利于反应正向进行，则v正＜v逆，所以若升高温度后k2正、k2逆分别增大a倍和b倍，则a＜b，反应①为快反应，温度升高，两个反应均逆向移动，体系中c（N2O2）降低，影响v2正，导致v2正减小，可以解释为：温度升高，反应①、②的平衡均逆移，由于反应①的速率大，导致c（N2O2）减小且其程度大于k2正和c（O2）增大的程度，使三者的乘积即v2正减小；（2）①根据机理图分析，在Cu＋催化作用下，C2H2作为还原剂，NO和O2转化为N2、CO2和H2O，反应中n（NO）：n（O2）=2：1，所以发生反应的化学方程式为：6NO+3O2+2C2H43N2+4CO2+4H2O.根据图象分析，需要满足脱销率尽可能大，负载率选择b，温度选择350℃，即温度选择350℃，负载率选择3.0%；②整个反应机理过程需满足元素守恒，消耗氧空穴，最终还需生成氧空穴，整个反应机理为：①：①2Ni2＋+2VO+2NO→2Ni3＋+2O－+N2，②2O－→O2－+1/2O2+VO，第二步机理中释放了一个O原子和一个O2－，第一步反应消耗2个氧空穴，第一步反应Ni2＋转化为Ni3＋，则第三步反应机理中，Ni3＋需转化为Ni2＋，消耗O2－，再生成一个O原子和一个氧空穴，最终还得是生成N2和O2，抓住主要反应2NO═N2+O2，其余都是中间体，各中间体需限制在三步反应机理内有产生有消耗，最终使三步反应机理净结果为2NO═N2+O2，综合考虑，则第③步反应机理应为：2Ni3＋+O2－→2Ni2＋+VO＋1/2O2；（3）电解池阴极发生还原反应，NO被还原为NH4＋，所以阴极的电极反应为：NO+6H＋+5e－=NH4＋+H2O。