Question

【題目】全國平板玻璃生產(chǎn)企業(yè)大氣污染物年排放總量逐年增加，對氮氧化物(NOx)排放的控制與監(jiān)測已刻不容緩。回答下列問題：

（1）平板玻璃熔窯煙氣中的NOx以溫度型氮氧化物為主。其中NO在空氣中容易被一種三原子氣體單質(zhì)氧化劑和光化學(xué)作用氧化成NO2，該氧化劑的分子式為_________。

（2）用CH4催化還原NOx可在一定程度上消除氮氧化物的污染。

已知：CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH＝-574 kJ·mol-1，2NO2(g)+N2(g)4NO(g) ΔH＝+293 kJ·mol-1，則反應(yīng)CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的ΔH＝_________kJ·mol-1。

（3）800℃時，在剛性反應(yīng)器中以投料比為1:1的NO(g)與O2(g)反應(yīng)：

其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達(dá)到平衡。體系的總壓強p隨時間t的變化如下表所示[t＝∞時，NO(g)完全反應(yīng)]。

t/min	0	40	80	160	260	700	∞
p/kPa	33.2	28.6	27.1	26.3	25.9	25.2	22.3

①NO(g)與O2(g)合成的反應(yīng)速率v＝4.2×10-2×p2(NO)×p(O2)(kPa·min-1)，t＝52 min時，測得體系中p(O2)＝11.4 kPa，則此時的p(NO)＝_________kPa，v＝_________kPa·min-1（計算結(jié)果保留1位小數(shù)）。

②若升高反應(yīng)溫度至900℃，則NO(g)與O2(g)完全反應(yīng)后體系壓強p∞(900℃)_________（填“大于”“等于”或“小于”）22.3kPa，原因是___________________________________。

③800℃時，反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)的平衡常數(shù)Kp＝_________kPa（Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結(jié)果保留2位小數(shù)）。

（4）對于反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，科研工作者提出如下反應(yīng)歷程：

第一步：2NO(g)N2O2(g) 快速平衡

第二步：N2O2+O2(g)2NO2(g) 慢反應(yīng)

下列表述正確的是_________（填標(biāo)號）。

A．v（第一步的逆反應(yīng)）＞v（第二步反應(yīng)） B．反應(yīng)的中間產(chǎn)物為N2O2

C．第二步中N2O2與O2的碰撞全部有效 D．第二步反應(yīng)活化能較低

Answer 1

【答案】O3 -1160 6.2 18.4 大于 溫度升高，體積不變，總壓強增大；NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡左移，體系中氣體物質(zhì)的量增加，總壓強增大 49.98 AB

【解析】

（1）NO在空氣中容易被一種三原子氣體單質(zhì)氧化劑和光化學(xué)作用氧化成NO2，該氧化劑是臭氧。

（2）根據(jù)蓋斯定律解答。

（3）①根據(jù)阿伏伽德羅定律可知，同溫同體積時，氣體壓強之比等于物質(zhì)的量之比，然后根據(jù)三段式解答。

②溫度升高，體積不變，總壓強增大；NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡左移，體系中氣體物質(zhì)的量增加，總壓強增大。

③根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知NO(g)完全反應(yīng)時體系壓強為22.3 kPa，然后根據(jù)三段式解答。

（4）A.第一步反應(yīng)快，所以第一步的逆反應(yīng)速率大于第二步的逆反應(yīng)速率；

B.根據(jù)第一步和第二步可知中間產(chǎn)物為N2O2；

C.第二步中N2O2與O2的碰撞部分有效；

D. 第二步反應(yīng)慢，所以第二步反應(yīng)的活化能較高。

（1）NO在空氣中容易被一種三原子氣體單質(zhì)氧化劑和光化學(xué)作用氧化成NO2，該氧化劑是臭氧，分子式為：O3，故答案為：O3。

（2）①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH＝-574 kJ·mol-1，

②2NO2(g)+N2(g)4NO(g) ΔH＝+293 kJ·mol-1，

根據(jù)蓋斯定律①-②×2，得到反應(yīng)CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，故ΔH＝-1160 kJ·mol-1，故答案為：-1160 。

（3）①t=0時，p＝33.2 kPa，以投料比為1:1的NO(g)與O2(g)反應(yīng)，根據(jù)阿伏伽德羅定律可知，同溫同體積時，氣體壓強之比等于物質(zhì)的量之比，所以p(O2)＝p(NO)=1/2×33.2 kPa=16.6 kPa，

2NO + O2 2NO2，

起始 （kPa） 16.6 16.6 0

轉(zhuǎn)化 （kPa） 10.4 5.2 10.4

平衡（kPa） 6.2 11.4 10.4

t＝52 min時，測得體系中p(O2)＝11.4 kPa，則此時的p(NO)＝6.2kPa，

v＝4.2×10-2×p2(NO)×p(O2)

=4.2×10-2×(6.2kPa)2×11.4 kPa≈18.4 kPa·min-1,故答案為：18.4。

故答案為：6.2；18.4。

②若升高反應(yīng)溫度至900℃，則NO(g)與O2(g)完全反應(yīng)后體系壓強大于22.3kPa，因為溫度升高，體積不變，總壓強增大；NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡左移，體系中氣體物質(zhì)的量增加，總壓強增大，故答案為：大于；溫度升高，體積不變，總壓強增大；NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡左移，體系中氣體物質(zhì)的量增加，總壓強增大。

③根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知NO(g)完全反應(yīng)時體系壓強為22.3 kPa，

2NO + O2 2NO2，

起始 （kPa） 16.6 16.6 0

轉(zhuǎn)化 （kPa） 16.6 8.3 16.6

平衡（kPa） 0 8.3 16.6

8.3kPa +16.6kPa =24.9kPa，24.9kPa-22.3kPa=2.6kPa，

2NO2(g) N2O4(g) △p

起始 （kPa） 16.6 0

轉(zhuǎn)化 （kPa） 2x x x=2.6kPa

平衡（kPa）16.6-2x x

K=(16.6-2x)2/x=11.42/2.6≈49.98 kPa，故答案為：49.98。

（4）A.第一步反應(yīng)快，所以第一步的逆反應(yīng)速率大于第二步的逆反應(yīng)速率，故A正確；

B.根據(jù)第一步和第二步可知中間產(chǎn)物為N2O2，故B正確；

C.第二步中N2O2與O2的碰撞部分有效，故C錯誤；

D. 第二步反應(yīng)慢，所以第二步反應(yīng)的活化能較高，故D錯誤。

故選AB。