Question

【题目】氮的氧化物是造成大气污染的主要物质。研究氮氧化物的反应机理，对于消除环境污染有重要意义。请回答下列问题：

(1)已知：H2的燃烧热△H为-285.8kJ/mol。

N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133 kJ/mol

H2O(g)=H2O(1) △H=-44 kJ/mol

则H2和NO2反应生成两种无污染的气体的热化学反应方程式为______________________。

(2)一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入0.40molN2O4，发生反应：N2O4(g)2NO2(g)，一段时间后达到平衡，测得数据如下：

时间/s	20	40	60	80	100
c(NO2)/(mol/L)	0.12	0.20	0.26	0.30	0.30

①0~40s内，v(NO2)=___________。

②升高温度时，气体颜色加深，则上述反应是___________(填“放热”或“吸热”)反应。

③该温度下反应的化学平衡常数K=___________。

④相同温度下，若开始向该容器中充入0.80molN2O4，则达到平衡后c(NO2)___________(填“>”=”或”<”)0.60mol/L

(3)已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g) △H的反应历程分两步：

①2NO(g)N2O2(g)(快) △H1<0，v1正=k1正c2(NO)，v1逆=k1逆c(N2O2)

②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢) △H2<O，v2正=k2正c (N2O2)·c(O2)，v2逆=k2逆c 2(NO2)

比较反应①的活化能E1与反应②的活化能E2的大小：E1___________E2(填“＞”“＜”或“=”)，其判断理由是____________________；2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K与上述反应速率常数k1正、k1逆、k2正/span>、k2逆的关系式为______________________。

(4)N2O5是绿色硝化试剂，溶于水可得硝酸。下图是以N2O4为原料电解制备N2O的装置。写出阳极区生成N2O5的电极反应式(注意阳极区为无水环境，HNO3亦无法电离)： _________________________________。

Answer 1

【答案】4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol 0.005mol/(Ls) 吸热 1.8 < < 活化能越大，一般分子成为活化分子越难，反应速率越慢 N2O4-2e-+2HNO3=2N2O3+2H+

【解析】

(1)①根据v=计算出40s内用二氧化氮表示的平均反应速率v(NO2)；

②只有二氧化氮有色气体，N2O4为无色，升温后平衡向着生成二氧化氮的方向移动，结合温度对化学平衡的影响分析；

③根据表中数据可知80s开始已经达到平衡状态，利用三段式列式计算出平衡时二者的浓度，然后利用平衡常数的表达式K=计算；

④相同温度下，若开始时向该容器中充入若开始向该容器中充入0.80molNO2，相当于增大压强，平衡正向进行；

(3)反应活化能大，反应发生难，反应速率慢；反应达到化学平衡时，v正=v逆，根据速率方程推导；

(4) NO2可电解制备绿色硝化试剂N2O5，N元素化合价升高，NO2被氧化，为电解池阳极反应。

(1) H2的燃烧热△H为-285.8kJ/mol，则氢气燃烧的热化学方程式为：①H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol 。

②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133 kJ/mol

③H2O(g)=H2O(1) △H=-44 kJ/mol

(①-③)×4-②，整理可得：4H2(g)+2NO2(g)=4H2O(g)+ N2(g) △H=-1100.2kJ/mol；

(2)①40s内用二氧化氮表示的平均反应速率v(NO2)==0.005mol/(Ls)；

②升高温度时，气体颜色加深，由于二氧化氮有色气体，N2O4为无色，说明c(NO2)浓度增大，N2O4(g)2NO2(g)平衡正向进行，由于升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应；

③一定温度下，在2L密闭容器中充入0.40mol N2O4，发生反应：N2O4(g)2NO2(g)，平衡状态下二氧化氮浓度为0.3mol/L，则平衡时c(N2O4)=0.20mol/L-×0.3mol/L=0.05mol/L，所以该反应平衡常数K==1.8；

④相同温度下，若开始向该容器中充入0.80molNO2，气体的物质的量是原来的2倍，若平衡不发生移动，平衡时NO2气体的浓度c(NO2)是原来的2倍，但由于气体物质的量增多，使容器内的气体压强增大。根据平衡移动原理，增大压强，平衡向气体体积减小的逆反应方向移动，所以达到平衡时c(NO2)＜0.60mol/L；

(3)反应物的活化能表示反应发生需要的最低能量，化学反应的活化能越大，反应发生需要的最低能量高，反应就越难发生，该反应的化学反应速率越慢，由于第一个反应快，第二个反应慢，说明反应①的活化能E1小于反应②的活化能E2，即E1< E2；2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K=，反应达到化学平衡时，v正=v逆，所以k1正c2(NO)=k1逆c2(N2O2)，k2正c2(N2O2)c(O2)=k2逆/span>c2(NO2)，则有=K；

(4)NO2可电解制备绿色硝化试剂N2O5．N元素化合价升高，NO2被氧化，电极方程式为N2O4-2e-+2HNO3=2N2O5+2H+。