题目
N2O5分解反应的机理如下:-|||-① _(2)(O)_(5)xlongequal [高温]({K)_(i)}=(N{O)_(2)}+N(O)_(3)-|||-② (N{O)_(2)}+N(O)_(3)xrightarrow ({k)_(2)}NO+(O)_(2)+N(O)_(2)-|||-③ +N(O)_(3)xrightarrow ({S)_(3)}2N(O)_(2)-|||-(1)当用O2的生成速率表示反应速率时,试用稳态近似法证明:-|||-_(1)=dfrac ({k)_(1)(k)_(2)}({k)_(1)+2(k)_(2)}[ (N)_(2)(O)_(5)] -|||-(2)设反应②为决速步,反应①为快平衡,用平衡假设写出反应的速率表示式-|||-l2:-|||-(3)在什么情况下 _(1)=(r)_(2)
题目解答
答案
解析
【解析】
步骤 1：写出O2生成速率的表达式
根据反应机理，O2的生成速率可表示为： ${r}_{1}=\dfrac {d[ {O}_{2}] }{dt}={k}_{2}[ N{O}_{2}] [ N{O}_{3}] $
步骤 2：稳态近似法
稳态近似法假设中间产物的浓度在反应过程中保持不变，即 $\dfrac {d[ NO] }{dt}={k}_{2}[ N{O}_{2}] [ N{O}_{3}] -{k}_{3}[ NO] [ N{O}_{3}] =0$
步骤 3：求解中间产物浓度
由稳态近似法得到的方程，可以解出 $[ N{O}_{3}] =\dfrac {{K}_{1}[ {N}_{2}{O}_{3}] }{[ 2{K}_{2}+{K}_{2}] [ N{O}_{2}] }$
步骤 4：代入O2生成速率表达式
将步骤3中得到的 $[ N{O}_{3}] $ 代入步骤1中的O2生成速率表达式，得到 ${r}_{1}=\dfrac {{k}_{1}{k}_{2}}{{k}_{1}+2{k}_{2}}[ {N}_{2}{O}_{5}] $
步骤 5：决速步和快平衡假设
假设反应②为决速步，反应①为快平衡，即 $r2=(U-2^2)/dk=k2[NO (5) v_k1_[NO2][NO3] (6) 以(6)式代入(5)式得: ${r}_{2}=\dfrac {{k}_{1}{k}_{2}}{{k}_{2}}({N}_{2}{O}_{5})$
步骤 6：比较两种速率表达式
要使 ${r}_{1}={r}_{2}$ ，则必须有: $\dfrac {{k}_{1}{k}_{2}}{2{k}_{2}+{k}_{21}}=\dfrac {{k}_{1}{k}_{2}}{{k}_{21}}$
步骤 7：分析条件
如反应的第二步为慢步骤，$k2$ 很小，则第一步为快平衡， ${k}_{-1}\gt 0.2{k}_{2}$ ，此时 $2k2$ 与 $k$ 相比可忽略不计，这时两种处理方法可得相同结果。
步骤 1：写出O2生成速率的表达式
根据反应机理，O2的生成速率可表示为： ${r}_{1}=\dfrac {d[ {O}_{2}] }{dt}={k}_{2}[ N{O}_{2}] [ N{O}_{3}] $
步骤 2：稳态近似法
稳态近似法假设中间产物的浓度在反应过程中保持不变，即 $\dfrac {d[ NO] }{dt}={k}_{2}[ N{O}_{2}] [ N{O}_{3}] -{k}_{3}[ NO] [ N{O}_{3}] =0$
步骤 3：求解中间产物浓度
由稳态近似法得到的方程，可以解出 $[ N{O}_{3}] =\dfrac {{K}_{1}[ {N}_{2}{O}_{3}] }{[ 2{K}_{2}+{K}_{2}] [ N{O}_{2}] }$
步骤 4：代入O2生成速率表达式
将步骤3中得到的 $[ N{O}_{3}] $ 代入步骤1中的O2生成速率表达式，得到 ${r}_{1}=\dfrac {{k}_{1}{k}_{2}}{{k}_{1}+2{k}_{2}}[ {N}_{2}{O}_{5}] $
步骤 5：决速步和快平衡假设
假设反应②为决速步，反应①为快平衡，即 $r2=(U-2^2)/dk=k2[NO (5) v_k1_[NO2][NO3] (6) 以(6)式代入(5)式得: ${r}_{2}=\dfrac {{k}_{1}{k}_{2}}{{k}_{2}}({N}_{2}{O}_{5})$
步骤 6：比较两种速率表达式
要使 ${r}_{1}={r}_{2}$ ，则必须有: $\dfrac {{k}_{1}{k}_{2}}{2{k}_{2}+{k}_{21}}=\dfrac {{k}_{1}{k}_{2}}{{k}_{21}}$
步骤 7：分析条件
如反应的第二步为慢步骤，$k2$ 很小，则第一步为快平衡， ${k}_{-1}\gt 0.2{k}_{2}$ ，此时 $2k2$ 与 $k$ 相比可忽略不计，这时两种处理方法可得相同结果。