Question

【題目】碳和氮的化合物在生產生活中廣泛存在。回答下列問題：

(1)乙炔在Pd表面選擇加氫的反應機理如圖，其中吸附在Pd表面上的物種用*標注。

上述反應為_____（填“放熱”或“吸熱”）反應，歷程中最小能壘（活化能）為_____kJ/mol，該步驟的化學方程式為_____。

(2)NH3催化還原氮氧化物(SCR)技術是目前應用最廣泛的氮氧化物脫除技術。原理為：4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) △H=﹣11.63 kJ/mol，在2 L密閉容器中，使用不同的催化劑A、B、C，產生N2的物質的量隨時間變化如圖所示。下列說法正確的_____。

A．用催化劑A前50s平均反應速率v(N2)=2.5×10﹣2 mol/(Ls)

B．體系各物質狀態不變時，反應在任何溫度下均可自發進行

C．分離出體系中的H2O(g)有利于氮氧化物的脫除

D．用催化劑C達到平衡時，N2產率最小

(3)廢氣的變廢為寶越來越成為人們共同關注的焦點，某化學課外小組查閱資料得知：

2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應歷程分兩步：

Ⅰ.2NO(g)N2O2(g) (快) v1正=k1正c2(NO)，v1逆═k1逆c(N2O2) △H1<0

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

請回答下列問題：

①一定溫度下，2NO(g)+O2(g)2NO2(g)平衡常數K=_____（用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示）。

②研究發現NO轉化為NO2的反應速率隨溫度的升高而減慢，原因是_____。

③已知：N2O4(g)2NO2（g），N2O4與NO2的消耗速率與自身壓強有如下關系：v(N2O4)=k1p(N2O4)，v(NO2)=k2p2(NO2)。一定溫度下，相應的速率與壓強關系如圖所示，圖中能表示該反應達到平衡狀態的兩個點是_____，可以表示該反應正向進行的兩個點是_____。

Answer 1

【答案】放熱 +66 C2H2*+H*=C2H3* BC 升高溫度，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，導致容器中c(N2O2)減小，則反應II速率變慢，反應II速率決定整個反應速率，所以反應速率減慢 B、D A、C

【解析】

(1)反應物總能量大于生成物總能量，則該反應為放熱反應，否則為吸熱反應；反應物和過渡態的能量差越小活化能越小；

(2)A. 先分析0～50 s在催化劑A作用下N2物質的量變化值，然后根據速率公式計算；

B. 根據△G=△H-T△S<0的反應可自發進行；

C. 根據濃度對平衡移動的影響分析；

D. 催化劑只能改變反應所以，不影響平衡移動；

(3)①根據平衡常數的含義，分別計算K1、K2，將方程式疊加，可得待求反應的化學平衡常數K與K1、K2關系式，再轉化為k1、k2表示的值；

②升高溫度平衡向吸熱方向移動，導致容器中c(N2O2)減小；

③如果2v(N2O4)=v(NO2)時，該反應達到平衡狀態，如果2v(N2O4)>v(NO2)，則平衡正向移動。

(1)根據圖知，反應物乙炔總能量大于生成物乙烯的能量，則該反應為放熱反應，反應物和過渡態的能量差越小活化能越小，C2H2*+H*=C2H3* △H=+66 kJ/mol的活化能最小，為+66kJ/mol，該步驟的化學方程式為C2H2*+H*=C2H3*；

(2)A. 在0～50 s在催化劑A作用下n(N2)=2.5×10-3 mol，平均反應速率v(N2)==2.5×10-5 mol/(L·s)，A錯誤；

B．△G=△H-T△S<0的反應可自發進行，△H<0，由化學計量數可知△S>0，該反應在任何溫度下均可自發進行，B正確；

C．減小生成物濃度，平衡正向移動，有利于氮氧化物的反應，可更利于氮氧化物的脫除，C正確；

D．催化劑不能使化學平衡發生移動，所以最終氮氣產率相等，D錯誤；

故合理選項是BC；

(3)①Ⅰ. 2NO(g)N2O2(g) (快) v1正=k1正c2(NO)，v1逆═k1逆c(N2O2)，當反應達到平衡時，v1正= v1逆，=k1正c2(NO)= k1逆c(N2O2)，該反應K1=；

Ⅱ．N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢) v2正=k2正c(N2O2)c(O2)，v2逆=k2逆c2(NO2)，反應達到平衡時，v2正= v2逆，k2正c(N2O2)c(O2)= k2逆c2(NO2)，該反應K2=，兩個方程式相加，則化學平衡常數相乘；

方程式I+II整理可得：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)平衡常數K= K1·K2=；

②研究發現NO轉化為NO2的反應速率隨溫度的升高而減慢，反應開始時，升高溫度，物質內能增加，有效碰撞次數增加，反應速率加快，當反應達到平衡后，升高溫度，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，導致容器中c(N2O2)減小，則反應II速率變慢，反應II速率決定整個反應速率，所以反應速率減慢；

③如果2v(N2O4)=v(NO2)時，該反應達到平衡狀態，D點縱坐標是B點的2倍，則D、B點存在2v(N2O4)=v(NO2)，這兩點為平衡狀態；如果2v(N2O4)>v(NO2)，則平衡正向移動，C點縱坐標大于A點，則A、C這兩個點表示反應正向進行。