Question

7．研究氮氧化物的反应机理，对于消除对环境的污染有重要意义．升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的速率却随着温度的升高而减小．某化学小组为研究该特殊现象的实质原因，查阅资料知2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的反应历程分两步：
①2NO（g）?N₂O₂（g）（快） v_1正=k_1正c²（NO）    v_1逆=k_1逆c（N₂O₂）△H₁＜0
②N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂（g）（慢） v_2正=k_2正c（N₂O₂）c（O₂）   v_2逆=k_2逆c²（NO₂）△H₂＜0
请回答下列问题：
（1）反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的△H=kJ•mol^-1（用含△H△H₁+△H₂₁和△H₂的式子表示）．一定温度下，反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）达到平衡状态，请写出用k_1正、k_1逆、k_2正、k_2逆表示的平衡常数表达式K=$\frac{{k}_{1正}•{k}_{2正}}{{k}_{1逆}•{k}_{2逆}}$，升高温度，K值减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）决定2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）速率的是反应②，反应①的活化能E₁与反应②的活化能E₂的大小关系为E₁＜E₂（填“＞”、“＜”或“=”）．根据速率方程分析，升高温度该反应速率减小的原因是c．


a．k_2正增大，c（N₂O₂）增大b．k_2正减小，c（N₂O₂）减小
c．k_2正增大，c（N₂O₂）减小d．k_2正减小，c（N₂O₂）增大
由实验数据得到v_2正～[O₂]的关系可用如图1表示．当x点升高到某一温度时，反应重新达到平衡，则变为相应的点为a（填字母）．
（3）工业上可用氨水作为NO₂的吸收剂，NO₂通入氨水发生的反应：2NO₂+2NH₃•H₂O=NH₄NO₃+NH₄NO₂+H₂O．若反应后的溶液滴入甲基橙呈红色，则反应后溶液中c（NH₄⁺）＜c（NO₃^-）+c（NO₂^-）（填“＞”“＜”或“=”）．工业上也可用电解法处理氮氧化物的污染．电解池如图2所示，阴阳电极间是新型固体氧化物陶瓷，在一定条件下可传导O^2-．该电解池阴极的电极反应式是2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．阳极产生的气体N的化学式是O₂．

Answer 1

分析 （1）①2NO（g）?N₂O₂（g）；②N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂（g），而目标反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的△H=①+②，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，由反应达平衡状态，所以v_1正=v_1逆、v_2正=v_2逆，所以v_1正×v_2正=v_1逆×v_2逆，而正反应是放热反应，所以升高温度，平衡常数减小，由此分析解答；
（2）因为决定2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）速率的是反应②，所以反应①的活化能E₁远小于反应②的活化能E₂；决定反应速率的是反应②，而温度越高k_2正增大，反应速率加快，二氧化二氮的浓度减少，导致两者的积减小；v_2正升高到某一温度时v_2正减小，平衡逆向移动，氧气的浓度增大，由此分析解答；
（3）根据电荷守恒c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（NO₃^-）+c（NO₂^-）+c（OH^-），而甲基橙呈红色，说明溶液呈酸性c（H⁺）＞c（OH^-），所以c（NH₄⁺）＜c（NO₃^-）+c（NO₂^-），O^2-在阳极发生氧化反应，而氮的氧化物在阴极发生还原反应，由此分析解答．

解答 解：（1））①2NO（g）?N₂O₂（g）；②N₂O₂（g）+O₂（g）?2NO₂（g），而目标反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的△H=①+②=△H₁+△H₂，由反应达平衡状态，所以v_1正=v_1逆、v_2正=v_2逆，所以v_1正×v_2正=v_1逆×v_2逆，即k_1正c²（NO）×k_2正c（N₂O₂）c（O₂）=k_1逆c（N₂O₂）×k_2逆c²（NO₂），则是K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{c（{N}_{2}{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{{k}_{1正}•{k}_{2正}}{{k}_{1逆}•{k}_{2逆}}$，而正反应是放热反应，所以升高温度，平衡常数减小，故答案为：△H₁+△H₂；$\frac{{k}_{1正}•{k}_{2正}}{{k}_{1逆}•{k}_{2逆}}$；减小；
（2）因为决定2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）速率的是反应②，所以反应①的活化能E₁远小于反应②的活化能E₂；决定反应速率的是反应②，而温度越高k_2正增大，反应速率加快，二氧化二氮的浓度减少，导致两者的积减小；v_2正升高到某一温度时v_2正减小，平衡逆向移动，氧气的浓度增大，所以反应重新达到平衡，则变为相应的点为a，故答案为：＜；c；a；
（3）根据电荷守恒c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（NO₃^-）+c（NO₂^-）+c（OH^-），而甲基橙呈红色，说明溶液呈酸性c（H⁺）＞c（OH^-），所以c（NH₄⁺）＜c（NO₃^-）+c（NO₂^-），O^2-在阳极发生氧化反应生成氧气，所以气体N为O₂，而氮的氧化物在阴极发生还原反应生成氮气，阴极的电极反应式：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-，故答案为：＜；2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-；O₂．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、化学平衡的影响因素，电解质溶液和电极反应式的书写，题目综合性较强，难度中等，侧重于考查学生的分析能力、以及对基础知识的综合应用能力．