题目

【题文】氮的氧化物是造成大气污染的主要物质。研究氮氧化物的反应机理，对于消除环境污染有重要意义。回答下列问题：（1）已知2NO(g) +O2(g)-2NO2(g) △H的反应历程分两步：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“=”) 其判断理由是__________；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_______；已知反应速率常数k随温度升高而增大，若升高温度后k2正、 k2逆分别增大a倍和b倍，则a____b (填“>”、“<”或“=”)；一定条件下，2NO (g)+O2(g) 2NO2 (g)达平衡后，升高到某温度，再达平衡后v2正较原平衡减小，根据上述速率方程分析，合理的解释是_________________。（2）①以乙烯(C2H4)作为还原剂脱硝(NO)，其脱硝机理如左下图所示，若反应中n(NO): n(O2) =2 ：1，则总反应的化学方程式为_______________；脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数) 的关系如右下图，为达到最佳脱硝效果，应采用的条件是________________。②用NO可直接催化NO分解生成N2、O2，将其反应机理补充完整(Vo代表氧空穴)：2Ni2++2Vo+2NO→2Ni3++2O-+N2 2O-→O2-+1/2O2+Vo ______________（3）电解NO可制备NH4NO3，其工作原理如图所示，阴极的电极反应式为______________。

【题文】氮的氧化物是造成大气污染的主要物质。研究氮氧化物的反应机理，对于消除环境污染有重要意义。回答下列问题：
（1）已知2NO(g) +O2(g)figure-2NO2(g)  △H的反应历程分两步：
①2NO( g )figureN2O2 (g)( 快 ) △H1<0，v1正=k1正c2(NO)，v1逆=k1逆c2(N2O2)
②N2O2 (g)+ O2 (g) figure2NO2(g)(慢) △H2<0，v2正=k2正c2(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“=”) 其判断理由是__________；2NO(g) +O2(g)figure2NO2(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_______；已知反应速率常数k随温度升高而增大，若升高温度后k2正、 k2逆分别增大a倍和b倍，则a____b (填“>”、“<”或“=”)；一定条件下，2NO (g)+O2(g) figure2NO2 (g)达平衡后，升高到某温度，再达平衡后v2正较原平衡减小，根据上述速率方程分析，合理的解释是_________________。
（2）①以乙烯(C2H4)作为还原剂脱硝(NO)，其脱硝机理如左下图所示，若反应中n(NO): n(O2) =2 ：1，则总反应的化学方程式为_______________；脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数) 的关系如右下图，为达到最佳脱硝效果，应采用的条件是________________。
figure
②用NO可直接催化NO分解生成N2、O2，将其反应机理补充完整(Vo代表氧空穴)：
2Ni2++2Vo+2NO→2Ni3++2O-+N2       2O-→O2-+1/2O2+Vo  ______________
figure
（3）电解NO可制备NH4NO3，其工作原理如图所示，阴极的电极反应式为______________。

题目解答

答案

【答案】＜   活化能越大，一般分子成为活化分子越难，反应速率越慢   figure    ＜   温度升高，反应①、②的平衡均逆移，由于反应①的速率大，导致c(N2O2)减小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度，使三者的乘积即v2正减小   6NO+3O2+2C2H4figure3N2+4CO2+4H2O   350℃、负载率3.0%   2Ni3+ + O2-→2Ni2+ +VO+figureO2   NO + 6H+ +5e- = NH4+ + H2O

解析

（1）【解析】
步骤 1：比较反应①和反应②的活化能
反应①是快反应，反应②是慢反应。活化能越小，反应速率越快。因此，反应①的活化能E_1小于反应②的活化能E_2。
步骤 2：计算平衡常数K
平衡常数K等于正向反应速率常数的乘积除以逆向反应速率常数的乘积。对于2NO(g) +O_2(g)2NO_2(g)的反应，K=k_1_正·k_2_正/(k_1_逆·k_2_逆)。
步骤 3：比较k_2_正和k_2_逆的倍数变化
由于反应②是慢反应，其活化能E_2较大，因此k_2_正和k_2_逆随温度升高的倍数变化较小。所以，a步骤 4：解释v_2_正减小的原因
温度升高，反应①、②的平衡均逆移，由于反应①的速率大，导致c(N_2O_2)减小且其程度大于k_2_正和c(O_2)增大的程度，使三者的乘积即v_2_正减小。
【答案】
E_1 < E_2
活化能越大，一般分子成为活化分子越难，反应速率越慢
K=k_1_正·k_2_正/(k_1_逆·k_2_逆)
a < b
温度升高，反应①、②的平衡均逆移，由于反应①的速率大，导致c(N_2O_2)减小且其程度大于k_2_正和c(O_2)增大的程度，使三者的乘积即v_2_正减小
（2）【解析】
步骤 1：写出总反应的化学方程式
根据脱硝机理，反应中n(NO): n(O_2) =2 ：1，因此总反应的化学方程式为6NO+3O_2+2C_2H_43N_2+4CO_2+4H_2O。
步骤 2：确定最佳脱硝条件
根据脱硝率与温度、负载率的关系图，最佳脱硝效果应采用的条件是350℃、负载率3.0%。
步骤 3：补充反应机理
根据反应机理，2Ni^{2+}+2Vo+2NO→2Ni^{3+}+2O^{-}+N_2，2O^{-}→O^{2-}+1/2O_2+Vo，因此补充的反应机理为2Ni^{3+} + O^{2-}→2Ni^{2+} +V_O+O_2。
【答案】
6NO+3O_2+2C_2H_43N_2+4CO_2+4H_2O
350℃、负载率3.0%
2Ni^{3+} + O^{2-}→2Ni^{2+} +V_O+O_2
（3）【解析】
步骤 1：写出阴极的电极反应式
根据电解NO可制备NH_4NO_3的工作原理，阴极的电极反应式为NO + 6H^{+} +5e^{-} = NH_4^{+} + H_2O。