Question

2．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：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（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，测得NO₂的浓度随时间的变化曲线如下图所示，前5秒内的O₂的平均生成速率为0.001mol•L^-1•s^-1，该条件下反应：2NO+O₂?2NO₂的化学平衡常数数值为100，平衡后某时刻，升高反应体系的温度，建立新平衡状态后，测的混合气体的平均相对分子质量小于原平衡状态，则：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＜0（填“＜”或“＞”）；
（3）2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的两步反应中，反应①的反应速率数值较大，是一个快反应，会快速建立平衡状态，而反应②是一个慢反应，则决定反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）反应速率的是反应②（填”①或“②”）．对（2）中反应体系升高温度的过程中，发现2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的反应速率变慢，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（反应未使用催化剂）．
（4）若（2）中反应体系，反应开始时使用催化剂，请在（2）的图中画出该反应体系反应进程可能的曲线．
（5）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和O₂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-，电解池阴极反应为2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^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；
平衡后某时刻，升高反应体系的温度，建立新平衡状态后，测的混合气体的平均相对分子质量小于原平衡状态，而混合气体总质量不变，则总的物质的量增大，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应；
（3）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；
（4）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；
（5）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5min内v（NO₂）=$\frac{0.04mol/L-0.03mol/L}{5min}$=0.002mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（NO₂）=0.001mol/（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，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.0{2}^{2}}{0.0{2}^{2}×0.01}$=100，
平衡后某时刻，升高反应体系的温度，建立新平衡状态后，测的混合气体的平均相对分子质量小于原平衡状态，而混合气体总质量不变，则总的物质的量增大，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：0.001；100；＜；
（3）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：②；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；
（4）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：；
（5）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-，
故答案为：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．

点评 本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．