题目内容

【题目】氮氧化合物是工业生产重要原料,也是大气污染的重要来源,研究氮氧化合物相关反应原理具有重要意义。回答下列问题:

(1)一步完成的反应称为基元反应,只由基元反应构成的化学反应称为简单反应,两个及以上基元反应构成的化学反应称为复杂反应,复杂反应的速率取决(等)于慢的基元反应速率。基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B),其中k为速率常数。已知反应NO2+CO=NO+CO2 ,在不同温度下反应机理不同。

①温度高于490K时,上述反应为简单反应,请写出其速率方程______________。

②温度高于520K时,该反应是由两个基元反应构成的复杂反应,其速率方程v=k·c2(NO2),已知慢的基元反应的反应物和产物为NO、NO2 、NO3,用方程式表示反应历程。

第一步:____________________(慢反应)。

第二步:____________________(快反应)。

(2)N2O4(g) 2NO2(g) ΔH =+57 kJ·mol-1 该反应是高中和大学化学学习的经典素材。

①对于上述反应下列说法不正确的一项是_________(填字母)。

A.恒温恒容,加入N2O4重新达到平衡体系颜色加深

B.恒温恒容,加入NO2重新达到平衡NO2体积分数变大

C.绝热容器中,体系颜色不变,说明该反应处于平衡状态

D. 恒温恒压下,加入N2O4重新达到平衡体系颜色不变

②T1K时,向1L真空容器中加入1molN2O4 ,达到平衡时NO2的平衡产率为20%,则该温度下的平衡常数K=____,达到平衡时吸收的热量为_____kJ。某温度下,该反应达到平衡,NO2与N2O4的混合气体总压强为100KPa,密度为同状态下氢气密度的34.5倍,平衡常数KP=____KPa(用平衡分压代替平衡浓度计算)。

③若v(N2O4)=k1·c(N2O4) v(NO2)=k2·c(NO2),T2温度下,若k1=k2 ,则T2____T1(填“高于”或“低于”)。

(3)复杂反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)由两个基元反应构成,2NO(g)=N2O2(g) (快速平衡)N2O2(g) +O2(g)=2NO2(g)(慢反应),已知快反应为放热反应,其正、逆反应速率常数分别为k1和k2慢反应正、逆反应速率常数分别为k3和k4。若v正=k·c2(NO)·c(O2) 则k=______(用k1、k2、k3表示);

【答案】v=k·c(NO2)·c(CO) 2NO2=NO+ NO3 NO3+2CO=NO+CO2 BC 0.2 11.4 50 高于 K=k1k3/k2

【解析】

(1)①根据给定信息结合基元反应速率表达式书写;

②根据速率方程,采用逆向思维推出慢反应,再结合总反应写出快反应;

(2)①对于平衡N2O4(g)2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol-1,是气体体积分数增大的吸热反应,结合勒夏特列原理分析作答;

②结合平衡常数的表达式,列出三段式作答;根据能量变化与标准焓变和热化学方程式之间的关系可求出实际吸收的热量;根据条件求出混合气体的摩尔质量,利用十字相乘法根据平衡常数分压表达式求出;

③根据已知信息,找出T2平衡后二氧化氮的平衡产率与T1温度下的关系作答。

(3)根据基元方程的速率方程表达式推导。

(1)①基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B),则温度高于490K时,简单反应NO2+CO=NO+CO2的速率方程为v=k·c(NO2)·c(CO),

故答案为:v=k·c(NO2)·c(CO);

②温度高于520K时,该反应是由两个基元反应构成的复杂反应,根据速率方程v=k·c2(NO2)可知,慢反应的反应物为NO2,结合产物氮氧化物可知,其慢反应为:2NO2=NO+ NO3,因总反应为NO2+CO=NO+CO2,则快反应为NO3+2CO=NO+CO2,

故答案为:2NO2=NO+ NO3;NO3+2CO=NO+CO2;

(2)①对于平衡N2O4(g) =2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol-1,是气体体积分数增大的吸热反应,则:

A. 恒温恒容,加入N2O4,相当于加压,平衡向逆反应方向移动,颜色变浅,A项错误;

B. 恒温恒容,加入NO2相当于加压,平衡向逆反应方向移动,但加入的NO2初始浓度增大,最终重新达到平衡后NO2的体积分数增大,B项正确;

C. 该反应为吸热反应,若在绝热容器中,体系颜色不变,则说明各物质浓度保持不变,即该反应处于平衡状态,C项正确;

D. 恒温恒压下,加入N2O4,增大体积,相当于恒容状态下的减压效果,则平衡向正反应方向移动,重新达到平衡后体系颜色加深,D项错误;

答案选BC;

②设转化的N2O4为x mol/L,则:

因达到平衡时NO2的平衡产率为20%,因理论上1mol/L N2O4产生NO2 2mol/L,若NO2平均产率为20%,则:

,则x=,

该温度下的平衡常数K=;达到平衡时吸收的热量为为标准焓变的20%,即57 kJ·mol-1×20%=11.4 kJ·mol-1;

某温度下,该反应达到平衡,NO2与N2O4的混合气体总压强为100KPa,密度为同状态下氢气密度的34.5倍,则混合气体的摩尔质量为34.5×2g/mol=69g/mol,则:

根据十字相乘法可知平衡后两种气体的物质的量之比n (NO2):n(N2O4)=23:23=1:1,因平衡NO2与N2O4的混合气体总压强为100KPa,平衡常数KP= =50 Kpa,

故答案为:0.2;11.4;50;

③若v(N2O4)=k1·c(N2O4) v(NO2)=k2·c(NO2),T2温度下,若k1=k2,则平衡产率为50%,与T1温度相比,平衡向正反应方向移动,则T2> T1,

故答案为:高于;

(3)由基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)可知,快速平衡2NO(g)=N2O2(g)的正反应速率v快正=k1·c2(NO)①,逆反应速率v快逆=k2·c(N2O2)②,慢反应为N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g),则v慢正= k3·c(N2O2)·c(O2),则反应速率v正= ·c2(NO) c(O2),所以K=k1k3/k2,

故答案为:k1k3/k2。

练习册系列答案
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【题目】工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示:

已知:①菱锰矿的主要成分是MnCO3,其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。

②Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2,Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。

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(1)结合图1、2、3,分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、m(NH4Cl)/m(菱锰矿粉)分别为____________、____________、____________。

(2)对浸出液净化除杂时,需先加入MnO2将Fe2+转化为Fe3+,再调节溶液pH的范围__,将Fe3+和Al3+变为沉淀而除去,然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为氟化物沉淀除去。

(3)“碳化结晶”步骤中,加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为____。

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【题目】实验室需要0.1 mol·L-1 NaOH溶液450 mL和0.5 mol·L-1硫酸溶液500 mL。根据这两种溶液的配制情况回答下列问题:

(1)①如图所示的仪器中配制溶液肯定不需要的是____________________(填字母),

②配制上述溶液还需用到的玻璃仪器是__________________(填仪器名称)。

③下列有关容量瓶使用说法不正确的是( )

a.容量瓶使用前一定要检查是否漏液。其操作为装水盖上瓶塞→倒立观察是否漏夜→正立→玻璃塞旋转180°→再倒立观察是否漏夜。

b.不能作为反应容器或长期贮存溶液的容器;但是可以配制任意体积的溶液。

c.不能将固体或浓溶液直接在容量瓶中溶解或稀释;不能加入过冷或过热的液体 。

d.用容量瓶配制溶液,定容时俯视刻度线,所配溶液浓度偏小。

(2)在配制NaOH溶液时:

①根据计算用托盘天平称取NaOH的质量为________g;

②若NaOH溶液在转移至容量瓶时,洒落了少许,则所得溶液浓度___________(填“>”、“<”或“=”)0.1 mol·L-1;

③若NaOH固体溶解后立即移入容量瓶→洗涤烧杯和玻璃棒→洗涤液移入容量瓶→定容,则所得溶液浓度___________(填“>”、“<”或“=”) 0.1 mol·L-1。

(3)在配制硫酸溶液时:

①所需质量分数为98%、密度为1.84 g·cm-3的浓硫酸的体积为__________(计算结果保留一位小数)mL;

②如果实验室有15 mL、50 mL、100 mL量筒,应选用___________mL量筒最好;

③配制过程中需先在烧杯中将浓硫酸进行稀释,稀释时操作方法是__________________________。

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