Question

【题目】对氮及其化合物的研究具有重要意义。

(1)对于2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)反应包含以下两个基元反应：

① 2NO(g) N2O2(g)(快) ΔH1＜0 ，υ1正=k1正c2(NO)、υ1逆=k1逆c(N2O2)；

② N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)(慢) ΔH2＜0，υ2正=k2正c(N2O2)c(O2)、υ2逆=k2逆c2(NO2)；决定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)反应速率快慢的基元反应是________(填标号)。一定条件下，反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)达到平衡状态，平衡常数K＝_______(用含有k1正、k1逆、k2正、k2逆 的代数式表示)

(2)使用SNCR脱硝技术的主反应为：

4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g) △H＜0

副反应：4NH3(g)+4O2 (g) 2N2O (g)+6H2O (g) △H＜0

下表在密闭体系中进行实验，起始投入一定量NH3、NO、O2，测定不同温度下，在相同时间内各组分的浓度。

N2浓度变化趋势___________________，试解释原因______________________，

根据表中数据推测，副反应开始发生的温度区间是_____________________。

(3)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。请写出氮气在固氮酶作用下发生的化学反应_________。

Answer 1

【答案】② K＝ 先上升后下降 先上升：反应还未到达平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，单位时间内N2浓度越大；后下降：达到平衡状态后，随着温度升高，因反应正向放热，平衡逆向移动， N2浓度降低 550K—600K之间 N2＋6H＋＋6MV+＝2NH3＋6MV2+

【解析】

(1)决定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)反应速率快慢决定于进行慢的反应，即反应②；一定条件下，反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)达到平衡状态，即υ正=υ逆，两个基元反应也要遵循平衡时正逆反应速率相等，则υ1正=υ1逆，即k1正c2(NO) =k1逆c(N2O2)，则，υ2正=υ2逆，即k2正c(N2O2)c(O2)=k2逆c2(NO2)，则，因此该反应平衡常数K＝==。

(2)根据表格数据可知，反应还未到达平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，单位时间内N2浓度越大；达到平衡状态后，随着温度升高，因反应正向放热，平衡逆向移动， N2浓度降低，N2浓度变化趋势为先上升，后下降；根据数据，550K时N2浓度达到最大，且550K之前转化的NH3与生成的N2物质的量相等，之后继续升温，N2浓度开始减小，温度过高导致氨气与氧气发生副反应，产生一氧化二氮，副反应开始发生的温度区间是550K—600K之间；

(3)根据示意图所示，氢气在氢化酶的作用下与MV2+反应生成H+和MV+，氮气在固氮酶的作用下与MV+、氢离子反应生成氨气和MV2+，可得到反应方程式。

(1)决定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)反应速率快慢决定于进行慢的反应，即反应②；一定条件下，反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)达到平衡状态，即υ正=υ逆，则υ1正=υ1逆，即k1正c2(NO) =k1逆c(N2O2)，则，υ2正=υ2逆，即k2正c(N2O2)c(O2)=k2逆c2(NO2)，则，因此该反应平衡常数K＝==，

答案为：②；；

(2)根据表格数据可知，反应还未到达平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，单位时间内N2浓度越大；达到平衡状态后，随着温度升高，因反应正向放热，平衡逆向移动， N2浓度降低，N2浓度变化趋势为先上升，后下降；根据数据，550K时N2浓度达到最大，且550K之前转化的NH3与生成的N2物质的量相等，之后继续升温，N2浓度开始减小，温度过高导致氨气与氧气发生副反应，产生一氧化二氮，副反应开始发生的温度区间是550K—600K之间；

答案为：先上升：反应还未到达平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，单位时间内N2浓度越大；后下降：达到平衡状态后，随着温度升高，因反应正向放热，平衡逆向移动， N2浓度降低；550K—600K之间；

(3) 根据示意图所示，氢气在氢化酶的作用下与MV2+反应生成H+和MV+，氮气在固氮酶的作用下与MV+、氢离子反应生成氨气和MV2+，则氮气在固氮酶作用下发生的化学反应为N2＋6H＋＋6MV+＝2NH3＋6MV2+，

答案为：N2＋6H＋＋6MV+＝2NH3＋6MV2+。