Question

【题目】氮氧化物的存在会破坏地球环境，人们一直在积极探索改善大气质量的有效措施。

(1)NO加速臭氧层被破坏，其反应过程如图所示：

① NO的作用是_________。

②已知：O3(g) + O(g) === 2O2(g) ΔH = -143 kJ/mol

反应1：O3(g) + NO(g) === NO2(g) + O2(g) ΔH1 = -200.2 kJ/mol

反应2：热化学方程式为____________。

(2)已知 N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+181.5kJ·mol－1。某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行NO的分解。若用、 、和分别表示N2、NO、O2和固体催化剂，在固体催化剂表面分解NO的过程如图所示。从吸附到解吸的过程中，能量状态最低的是______(填字母序号)。

(3)利用电解法处理高温空气中稀薄的NO(O2浓度约为NO浓度十倍)，装置示意图如图，固体电解质可传导O2-

①阴极反应为_______________________。

②消除一定量的NO所消耗的电量远远大于理论计算量，可能的原因是(不考虑物理因素)____________。

③通过更换电极表面的催化剂可明显改善这一状况，利用催化剂具有_________性。

(4)温度为T1时，在容积为1L的恒容密闭容器中充入0.6mol的NO2，达平衡时c(O2)＝0.2mol/L，仅发生反应：2NO2(g)2NO(g)+O2 (g)(△H>0)。实验测得：v正＝v (NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO) c(O2)，k正、k逆为速率常数，仅受温度影响。当温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T1______T2(填“＞”或“＜”)，得出该结论的理由是______。

Answer 1

【答案】催化剂 NO2(g) + O(g) === NO(g) + O2(g) ΔH2= +57.2 kJ/mol C 2NO +4e－== N2↑+ 2O2- 阴极发生副反应 O2+4e－== 2O2- 选择 T2＞T1 达到平衡状态时正逆反应速率相等，根据k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)c(O2)，且k正＝k逆，可知c2(NO2)＝c2(NO)c(O2)，T2时化学平衡常数K等于1，大于0.8，且该反应的正反应是吸热反应，说明升高温度平衡正向移动，所以 T2＞T1

【解析】

（1）①NO能加速臭氧层被破坏，且前后质量以及化学性质未发生改变；

②利用盖斯定律求解；

（2）该分解反应为放热反应；

（3）①阴极是NO得到电子生成O2-和N2；

②电解装置中下电极板上存在有O2，容易在阴极发生副反应；

③催化剂具有选择性、稳定性、活性；

（4）根据T1平衡时各物质的浓度计算平衡常数K，达到平衡时正逆反应速率相等，可计算出平衡常数与k正、k逆之间的关系，当改变温度为T2时，根据k正＝k逆，可判断平衡常数的变化，然后结合平衡移动原理分析温度大小关系。

（1）①由图可知，NO在反应过程中并未发生改变，且NO能加速臭氧层被破坏，故NO的作用是作催化剂；

②O3(g) + O(g) === 2O2(g) ΔH = -143 kJ/mol I

O3(g) + NO(g) === NO2(g) + O2(g) ΔH1 = -200.2 kJ/mol II

反应2的化学方程式为NO2+ O=== NO+ O2，由盖斯定律可知，反应2=I-II，反应2的ΔH=[-143-（-200.2）]kJ/mol=+57.2 kJ/mol，故反应2的热化学方程式为：NO2(g) + O(g) === NO(g) + O2(g) ΔH2= +57.2 kJ/mol；

（2）NO 分解为氮气和氧气的反应是放热反应，氮气和氧气从催化剂表面解吸要消耗能量，故能量最低的状态是 C 处，

（3）①阴极是NO得到电子生成O2-和N2，其电极反应式为：2NO +4e－== N2↑+ 2O2-；

②因O2浓度约为NO浓度十倍，且电解装置中下电极板上存在有O2，容易在阴极发生副反应：O2+4e－==2O2-，导致耗能远高于理论值；

③催化剂具有选择性、稳定性、活性，由题可知，更换催化剂的目的是防止副反应的发生，体现了催化剂的选择性；

（4）由反应：2NO(g)2NO(g)+O2(g) ΔH>0

起始（mol/L） 0.6 0 0

转化（mol/L） 2x 2x x

平衡时（mol/L）0.6-2x 2x x

温度为T1时，由题可知，x=0.2，，根据平衡时正逆反应速率相等，即k正c2(NO2)=k逆c2(NO) c(O2)，结合平衡常数表达式可知=0.8。当温度为T2时，结合上述分析可知平衡常数，即温度由T1改变为T2时，平衡正向移动，因该反应正向为吸热反应，因此T2＞T1。