Question

【题目】研究氮氧化合物的治理是环保的一项重要工作，合理应用和处理氮的化合物，在生产生活中有着重要的意义。

(1)已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+181.5 kJ·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的过程如下图所示。从吸附到解吸的过程中，能量状态最低的是___________(填字母序号)。

(2)为减少汽车尾气中NOx的排放，常采用CxHy(烃)催化还原NOx消除氮氧化物的污染。

例如：①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=－574 kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H2=－1160 kJ/mol

③CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3

则△H3=___________。

(3)亚硝酰氯(ClNO)是有机合成中常用试剂，已知：2NO(g)+Cl2(g)2 ClNO(g) △H＜0

①一定温度下，将2 molNO与2 molCl2置于2L密闭容器中发生反应，若该反应4min后达平衡，此时压强是初始的0.8倍，则平均反应速率v(Cl2)=___________mol·L－1·min－1。下列可判断反应达平衡状态的是___________(项序号字母)。

A 混合气体的平均相对分子质量不变

B 混合气体密度保持不变

C NO和Cl2的物质的量之比保持不变

D 每消耗1 moI NO同时生成1molClNO

②为了加快化学反应速率，同时提高NO的转化率，其他条件不变时，可采取的措施有___________(填选项序号字母)。

A 升高温度 B 缩小容器体积

C 再充入Cl2气体 D 使用合适的催化剂

③一定条件下在恒温恒容的密闭容器中，按一定比例充入NO(g)和Cl2(g)，平衡时ClNO的体积分数随n(NO)/n(Cl2)的变化图像如图(b)所示，当n(NO)/n(Cl2)=2.5时，达到平衡状态，ClNO的体积分数可能是图中D、E、F三点中的___________点。

(4)已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：

①2NO(g)N2O2(g)(快)，v1正=k1正c2(NO)，v1逆 =k1逆c (N2O2)

②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢)，v2正=k2正c(N2O2)·c(O2)，v2逆=k2逆c2(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“=”)：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、k2逆的关系式为___________。

Answer 1

【答案】C -867 kJ/mol 0.1 A, C B,C F < K = (k1正×K2正)/ (k1逆×K2逆)

【解析】

（1）结合固体催化剂的机理图解答，整个反应为N2(g)+O2(g) 2NO(g)△H=－181.5 kJ·mol－1，并根据焓变来解答；

(2)根据盖斯定律计算△H3；

(3) ① 利用“三段式”计算反应速率，根据平衡标志分析是否达到平衡状态；②根据影响反应速率的因素和影响平衡移动的因素分析；③投料比等于系数比时，达到平衡状态ClNO的体积分数最大；

(4) ① 反应速率越快活化能越小；

②根据反应达平衡状态时v1正=v1逆、v2正=v2逆计算；

（1）①从机理图可以看出，首先A状态中，NO被吸附到催化剂表面，B状态为NO变成N原子和O原子，这个过程需要吸收能量，C状态为N原子和N原子结合变成N2，O原子和O原子结合变成O2，这个过程为成键过程，需要放出能量，则从整个反应过程来看，反应是N2(g)+O2(g) 2NO(g)△H=－181.5 kJ·mol－1，此反是放热反应，反应焓变△H＜0，可见状态C时体系能量最低。

(2)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=－574 kJ/mol

②CH4(g)+4NO(g)=2N2 (g)+CO2 (g)+2H2O(g) △H2=－1160 kJ/mol

①× ＋②×得CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H3=-867 kJ/mol。

(3) 2NO(g)+Cl2(g)2 ClNO(g)

开始 1 1 0

转化 2x x 2x

平衡 1-2x 1-x 2x

该反应4min后达平衡，此时压强是初始的0.8倍，所以解得x＝0.4，则平均反应速率v(Cl2)=0.1 mol·L－1·min－1。

A． ，气体总质量不变、气体物质的量是变量，所以混合气体的平均相对分子质量是变量，若混合气体的平均相对相对分子质量不变，一定达到平衡状态，故选A；

B． ，容器体积不变、气体总质量不变，密度是恒量，混合气体密保持不变，不一定平衡，故不选B；

C．NO和Cl2的物质的量之比为 ，NO和Cl2的物质的量之比是变量，若保持不变一定平衡，故选C；

D．每消耗1 mol NO同时生成1molClNO，不能判断正逆反应速率是否相等，不一定平衡，故不选D；选AC。

②A．2NO(g)+Cl2(g)2 ClNO(g)正反应放热，升高温度，平衡逆向移动，NO转化率减小，故不选A；

B．缩小容器体积，压强增大，速率加快、平衡正向移动，NO转化率增大，故选B；

C．再充入Cl2气体，氯气浓度增大，速率加快、平衡正向移动，NO转化率增大，故选C；

D．使用合适的催化剂，平衡不移动，NO转化率不变，故不选D。

③n(NO)/n(Cl2)=2时，达到平衡状态ClNO的体积分数最大，当n(NO)/n(Cl2)=2.5时，达到平衡状态，ClNO的体积分数可能是图中F点

(4) ①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；

②，反应达平衡状态时v1正=v1逆、v2正=v2逆，即k1正c2(NO) =k1逆c(N2O2)、k2正c(N2O2)·c(O2)=k2逆c2(NO2)；带入得，K=(k1正×K2正)/(k1逆×K2逆)。