Question

【题目】全国平板玻璃生产企业大气污染物年排放总量逐年增加，对氮氧化物(NOx)排放的控制与监测已刻不容缓。回答下列问题

(1)平板玻璃熔窑烟气中的NOx以温度型氮氧化物为主。其中NO在空气中容易被一种三原子气体单质氧化剂和光化学作用氧化成NO2，该氧化剂的分子式为___________。

(2)用CH4催化还原NOx可在一定程度上消除氮氧化物的污染。

已知：CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574kJ·mol－1

2NO2(g)+N2(g)4NO(g) △H=+293kJ·mol－1

则反应CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的△H=___________kJ·mol－1

(3)800℃时，在刚性反应器中以投料比为1︰1的NO(g)与O2(g)反应：

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时，NO(g)完全反应]。

①NO(g)与O2(g)合成的反应速率v=4.2×10－2×p2(NO)×p(O2)(kPa·min－1)，t=52min时，测得体系中p(O2)=11.4kPa，则此时的p(NO)=___________kPa， v=___________kPa·min－1(计算结果保留1位小数)。

②若升高反应温度至900℃，则NO(g)与O2(g)完全反应后体系压强p∞(900℃)______(填“大于”等于”或“小于”)22.3kPa，原因是______________________。

③800℃时，反应N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数Kp=___________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留2位小数)。

(4)对于反应2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)，科研工作者提出如下反应历程：

第一步：2NO(g)N2O2(g) 快速平衡

第二步：N2O2+O2(g)→2NO2(g) 慢反应

下列表述正确的是___________(填标号)。

A.v(第一步的逆反应)>v第二步反应

B.反应的中间产物为N2O2

C.第二步中N2O2与O2的碰撞全部有效

D.第二步反应活化能较低

Answer 1

【答案】O3 -1160 6.2 18.4 大于； 温度升高，容积不变，总压强提高；二氧化氮二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，体系的物质的量增加，总压强提高 49.98 AB

【解析】

（1）NO在空气中容易被一种三原子气体单质氧化剂氧化成NO2，则该氧化剂为O3；

（2）将已知方程式编号，①CH4(g)+4NO2(g) 4NOg)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574kJ·mol－1

②2NO2(g)+N2(g) 4NO(g) △H=+293kJ·mol－1

根据盖斯定律求所给反应的反应热；

（3）①开始时总压强为33.2kPa，其中氧气和一氧化氮等物质的量混和，故氧气和一氧化氮的分压都是16.6 kPa，根据反应方程式可知氧气与一氧化氮按物质的量之比是1:2反应，氧气减小的压强为16.6 kPa-11.4kPa=5.2 kPa，又因为压强之比等于物质的量之比，所以反应的一氧化氮减少的压强是5.2 kPa×2=10.4 kPa，则此时一氧化氮的压强是16.6 kPa-10.4kPa=6.2 kPa，因此此时反应速率v=4.2×10－2×p2(NO)×p(O2)= 4.2×10－2×（6.2 kPa）2×11.4kPa =18.4(kPa·min－1)；

②由于温度升高，容器容积不变，总压强提高，且二氧化氮二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，体系的物质的量增加，总压强提高，所以若升高反应温度至900℃，则NO(g)与O2(g)完全反应后体系压强p∞(900℃) 大于22.3kPa。

③根据表中数据可知一氧化氮和氧气完全反应时的压强是22.3 kPa，根据方程式可知完全反应时最初生成的二氧化氮的压强是16.6 kPa，剩余氧气压强16.6 kPa-8.3kPa=8.3kPa，总压强是16.6 kPa+8.3kPa=24.9 kPa，平衡后压强减少了24.9 kPa-22.3 kPa=2.6kPa，所以根据方程式2NO2(g) N2O4(g)可知平衡时N2O4对应的压强是2.6kPa，NO2对应的压强是16.6 kPa-2.6kPa×2=11.4 kPa，则反应N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常数Kp==49.98kPa。

（4）A．由第一步反应快速平衡可知第一步反应的正、逆反应速率都较大，所以第一步的的逆反应速率大于第二步的反应速率；

B.根据第一步和第二步反应可知中间产物为N2O2；

C.化学反应中并不是所有碰撞有效；

D.第二步反应慢，所以第二步反应的活化能较高。

（1）NO在空气中容易被一种三原子气体单质氧化剂氧化成NO2，O3具有强氧化性，则该氧化剂的分子式为O3；

故答案为：O3；

（2）将已知方程式编号，①CH4(g)+4NO2(g) 4NOg)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－574kJ·mol－1

②2NO2(g)+N2(g) 4NO(g) △H=+293kJ·mol－1

根据盖斯定律，①-②×2得：

CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的△H=（－574kJ·mol－1）-（+293kJ·mol－1）×2=-1160 kJ·mol－1，

故答案为：-1160；

（3）①开始时总压强为33.2kPa，其中氧气和一氧化氮等物质的量混和，故氧气和一氧化氮的分压都是16.6 kPa，根据反应方程式可知氧气与一氧化氮按物质的量之比是1:2反应，氧气减小的压强为16.6 kPa-11.4kPa=5.2 kPa，又因为压强之比等于物质的量之比，所以反应的一氧化氮减少的压强是5.2 kPa×2=10.4 kPa，则此时一氧化氮的压强是16.6 kPa-10.4kPa=6.2 kPa，因此此时反应速率v=4.2×10－2×p2(NO)×p(O2)= 4.2×10－2×（6.2 kPa）2×11.4kPa =18.4(kPa·min－1)；

故答案为：6.2；18.4；

②由于温度升高，容器容积不变，总压强提高，且二氧化氮二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，体系的物质的量增加，总压强提高，所以若升高反应温度至900℃，则NO(g)与O2(g)完全反应后体系压强p∞(900℃) 大于22.3kPa。

故答案为：大于；温度升高，容积不变，总压强提高；二氧化氮二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，体系的物质的量增加，总压强提高；

③根据表中数据可知一氧化氮和氧气完全反应时的压强是22.3 kPa，根据方程式可知完全反应时最初生成的二氧化氮的压强是16.6 kPa，剩余氧气压强16.6 kPa-8.3kPa=8.3kPa，总压强是16.6 kPa+8.3kPa=24.9 kPa，平衡后压强减少了24.9 kPa-22.3 kPa=2.6kPa，所以根据方程式2NO2(g) N2O4(g)可知平衡时N2O4对应的压强是2.6kPa，NO2对应的压强是16.6 kPa-2.6kPa×2=11.4 kPa，则反应N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常数Kp==49.98kPa。

故答案为：49.98；

（4）A．由第一步反应快速平衡可知第一步反应的正、逆反应速率都较大，所以第一步的的逆反应速率大于第二步的反应速率，故A正确；

B.根据第一步和第二步反应可知中间产物为N2O2，故B正确；

C. 化学反应中并不是所有碰撞都是有效碰撞，故C错误；

D.第二步反应慢，所以第二步反应的活化能较高，故D错误。

故答案为：AB。