Question

【題目】氮的氧化物是造成大氣污染的主要物質。研究氮氧化物的反應機理，對于消除環境污染有重要意義。回答下列問題：

(1)已知2NO(g)+O2(g)-2NO2(g)△H的反應歷程分兩步：

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

②N2O2(g)+ O2(g) 2NO2(g)(慢) △H2<0，v2正=k2正c2(N2O2)c(O2)，v2逆=k2逆c2(NO2)

比較反應①的活化能E1與反應②的活化能E2的大小:E1__E2(填“>”、“<”或“=”) 其判斷理由是__________；2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數K與上述反應速率常數k1正、k1逆、k2正、k2逆的關系式為_______；已知反應速率常數k隨溫度升高而增大，若升高溫度后k2正、k2逆分別增大a倍和b倍，則a____b(填“>”、“<”或“=”)；一定條件下，2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)達平衡后，升高到某溫度，再達平衡后v2正較原平衡減小，根據上述速率方程分析，合理的解釋是_________________。

(2)①以乙烯(C2H4)作為還原劑脫硝(NO)，其脫硝機理如左下圖所示，若反應中n(NO):n(O2) =2：1，則總反應的化學方程式為_______________；脫硝率與溫度、負載率(分子篩中催化劑的質量分數)的關系如右下圖，為達到最佳脫硝效果，應采用的條件是________________。

②用NO可直接催化NO分解生成N2、O2，將其反應機理補充完整(Vo代表氧空穴)：

2Ni2++2Vo+2NO→2Ni3++2O-+N2 2O-→+O2-+1/2O2+V。______________

(3)電解NO可制備NH4NO3，其工作原理如右圖所示，陰極的電極反應式為______________。

Answer 1

【答案】＜ 活化能越大，一般分子成為活化分子越難，反應速率越慢 k1正.k2正/(k1逆.k2逆) ＜ 溫度升高，反應①、②的平衡均逆移，由于反應①的速率大，導致c(N2O2)減小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度，使三者的乘積即v2正減小 6NO+3O2+2C2H43N2+4CO2+4H2O 350℃、負載率3.0% 2Ni3+ + O2-→2Ni2+ +VO+1/2O2 NO + 6H+ +5e- = NH4+ + H2O

【解析】

（1）活化能越低，反應速率越快，反應達到化學平衡時，v正=v逆，由速率方程，反應速率常數k隨溫度升高而增大，反應②為放熱反應，溫度升高不利于反應正向進行，則v正＜v逆，反應①為快反應，溫度升高，兩個反應均逆向移動，體系中c（N2O2）降低，影響v2正；（2）①由圖分析，在Cu＋催化作用下，C2H2作為還原劑，NO和O2轉化為N2、CO2和H2O，寫出反應方程式，由圖象可知，需要滿足脫銷率盡可能大，負載率選擇b，溫度選擇350℃；②整個反應機理過程需滿足元素守恒，抓住主反應為2NO═N2+O2，其余都是中間體，整個反應過程中，各中間體需有產生、有消耗，使得三步反應機理凈結果為2NO═N2+O2；（3）電解池陰極發生還原反應，NO被還原為NH4＋，寫出陰極的電極反應。

（1）活化能越低，反應速率越快，①為快反應，②為慢反應，則活化能大小為E1＜E2，判斷理由是：活化能越大，一般分子成為活化分子越難，反應速率越慢，2NO（g）+O2（g）2NO2（g） 的平衡常數K=c2(NO2)/c(O2)c2(NO)，反應達到化學平衡時，v正=v逆，所以k1正c2（NO）=k1逆c2（N2O2），k2正c2（N2O2）·c（O2）=k2逆c2（NO2），則有k1正·k2正/k1逆·k2逆= =K，反應速率常數k隨溫度升高而增大，反應②為放熱反應，溫度升高不利于反應正向進行，則v正＜v逆，所以若升高溫度后k2正、k2逆分別增大a倍和b倍，則a＜b，反應①為快反應，溫度升高，兩個反應均逆向移動，體系中c（N2O2）降低，影響v2正，導致v2正減小，可以解釋為：溫度升高，反應①、②的平衡均逆移，由于反應①的速率大，導致c（N2O2）減小且其程度大于k2正和c（O2）增大的程度，使三者的乘積即v2正減小；（2）①根據機理圖分析，在Cu＋催化作用下，C2H2作為還原劑，NO和O2轉化為N2、CO2和H2O，反應中n（NO）：n（O2）=2：1，所以發生反應的化學方程式為：6NO+3O2+2C2H43N2+4CO2+4H2O.根據圖象分析，需要滿足脫銷率盡可能大，負載率選擇b，溫度選擇350℃，即溫度選擇350℃，負載率選擇3.0%；②整個反應機理過程需滿足元素守恒，消耗氧空穴，最終還需生成氧空穴，整個反應機理為：①：①2Ni2＋+2VO+2NO→2Ni3＋+2O－+N2，②2O－→O2－+1/2O2+VO，第二步機理中釋放了一個O原子和一個O2－，第一步反應消耗2個氧空穴，第一步反應Ni2＋轉化為Ni3＋，則第三步反應機理中，Ni3＋需轉化為Ni2＋，消耗O2－，再生成一個O原子和一個氧空穴，最終還得是生成N2和O2，抓住主要反應2NO═N2+O2，其余都是中間體，各中間體需限制在三步反應機理內有產生有消耗，最終使三步反應機理凈結果為2NO═N2+O2，綜合考慮，則第③步反應機理應為：2Ni3＋+O2－→2Ni2＋+VO＋1/2O2；（3）電解池陰極發生還原反應，NO被還原為NH4＋，所以陰極的電極反應為：NO+6H＋+5e－=NH4＋+H2O。