Question

2．研究氮氧化物反应机理，对于控制汽车尾气、保护环境有重要意义．
（1）NO在空气中存在如下反应：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H．
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 ．
上述①反应中，正反应速率为v_正=k_正c²（NO），逆反应速率为v_逆=k_逆c（N₂O₂），其中k_正、k_逆为速率常数，K为该温度下的平衡常数，则k_逆为k_正×$\frac{1}{k}$（以K和k_正表示）．
（2）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．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平衡向左移动，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）．
（3）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1示，两电极间是新型固体氧化物陶瓷，在一定条件下可自由传导O^2-，电解池阴极反应为2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．
（4）汽车的排气管上装一个“催化转化器”使汽车尾气中的CO和NO发生反应2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）以减 少污染．当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率．若催化剂的表面积S₁＞S₂，在图2中画出c（NO）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．

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；可逆反应到达平衡时正逆速率相等；
（2）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；
（3）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-；
（4）在2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）的反应体系，当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率，反应速率加快，缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，平衡时一氧化氮的浓度不变；

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 ，平衡时正逆反应速率相等，k_正c²（NO）=k_逆c（N₂O₂），k=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$，k_逆=k_正×$\frac{1}{k}$
故答案为：N₂O₂（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H₂=△H-△H₁ ；k_正×$\frac{1}{k}$；
（2）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：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；
（3）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-；
（4）在2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）的反应体系，当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率，反应速率加快，缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，平衡时一氧化氮的浓度不变，在图中画出该反应体系反应进程可能的曲线为：，
故答案为：．

点评 本题考查电解原理的分析应用．化学平衡有关计算与影响因素，侧重对化学平衡的影响因素考查，注意化学平衡常数只受温度影响，题目难度较大，答题时注意题中信息的灵活运用．