?專題十一　化學反應速率和化學平衡
1.NO和NO2等氮氧化物是空氣污染物,含有氮氧化物的尾氣需處理后才能排放:NO+NO2+2NaOH 2NaNO2+H2O,2NO2+2NaOH NaNO2+NaNO3+H2O。常溫下存在:2NO2(g) N2O4(g)。N2O4可作火箭推進劑。在一定條件下的密閉容器中,對于反應2NO2(g) N2O4(g),下列說法正確的是(　　)
A.升高溫度,體系的顏色加深
B.該反應的ΔS0
C.增加NO2的濃度,c(N2O4)c2(NO2)下降
D.加壓重新平衡后體系的顏色變淺
答案　A　常溫下存在:2NO2(g) N2O4(g),則ΔG=ΔH-T×ΔS0;隨著溫度升高,K2減小,說明反應ⅱ平衡逆向移動,ΔH2ΔH2。
②溫度升高,反應ⅰ平衡正向移動,反應ⅱ平衡逆向移動,有利于生成CO,推知曲線C代表的是CO,曲線A代表的是CH4,曲線B代表的是CO2;由題圖可知,600 ℃時,n(CH4)=n(CO)=0.35 mol,n(CO2)=0.25 mol,依據O原子守恒推知,n(H2O)=2 mol-0.35 mol-0.25 mol×2=1.15 mol,依據H原子守恒推知,n(H2)=4 mol-1.15 mol-0.35 mol×2=2.15 mol,副反應ⅰ的分壓平衡常數Kp=p(CO)×p(H2O)p(CO2)×p(H2)=n(CO)n總×p總×n(H2O)n總×p總n(CO2)n總×p總×n(H2)n總×p總=n(CO)×n(H2O)n(CO2)×n(H2)=0.35×1.150.25×2.15。

26.由環(huán)境保護部、國家質檢總局發(fā)布的《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》,自2020年7月1日起實施,也就是大家熟知的“輕型車國六標準”。在我國汽車產能過剩的背景下,可以起到淘汰落后產能、引領產業(yè)升級的作用,同時能夠滿足重點地區(qū)為加快改善環(huán)境空氣質量而提高汽車排放標準的要求。回答以下問題:
(1)已知在20 ℃時:
①N2(g)+O2(g) 2NO(g) 正、逆反應的活化能分別為m kJ/mol、n kJ/mol;
②4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l) 正、逆反應的活化能分別為p kJ/mol、q kJ/mol。
用NH3處理汽車尾氣中的NO的反應為4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(l),該反應的ΔH=　　　　　　　。?
(2) 模擬汽車的“催化轉化器”,將4 mol NO(g)和4 mol CO(g)充入1 L的密閉容器中,在不同溫度和壓強下發(fā)生反應2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g),測得CO的平衡轉化率α隨溫度T變化曲線如圖所示。圖像中C點逆反應速率　　　B點正反應速率(填“>”“=”或“　D點;A點為平衡點,v正=v逆,則k正·c2(NO)·c2(CO)=k逆·c(N2)·c2(CO2),k正k逆=c(N2)·c2(CO2)c2(NO)·c2(CO)=K,在反應開始時c(NO)=c(CO)=4 mol/L,A點CO的平衡轉化率為50%,可列三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
c起始/(mol/L) 4 4 0 0
c變化/(mol/L) 2 2 1 2
c平衡/(mol/L) 2 2 1 2
k正k逆=c(N2)·c2(CO2)c2(NO)·c2(CO)=K=1×2222×22=0.25;C點CO的平衡轉化率為25%,可列三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
c起始/(mol/L) 4 4 0 0
c變化/(mol/L) 1 1 0.5 1
c平衡/(mol/L) 3 3 0.5 1
v正v逆=k正k逆·c2(NO)·c2(CO)c(N2)·c2(CO2)=0.25×32×320.5×12=40.5。
(3) ①由圖1可知:溫度為330 ℃時生成物N2O的濃度大于N2的濃度,推知反應速率:Ⅵ>Ⅴ,活化能越小,反應速率越快,故反應Ⅴ的活化能>反應Ⅵ的活化能;根據斷鍵吸收能量、成鍵放出能量,反應Ⅵ的ΔH”“
解析(1)根據ΔH=Ea(正)-Ea(逆),可得第②步基元反應Ea(逆)=Ea(正)-ΔH=0.81 eV-(-0.41 eV)=1.22 eV。
(2)①由圖可知,工業(yè)生產中應選擇的最佳反應條件是C/Z-250作催化劑,反應溫度為240 ℃。②C/Z-120曲線低于最適宜溫度,溫度升高和催化劑活性增大都使反應速率加快;高于最適宜溫度,催化劑活性降低,反應速率減慢。
(3)①v正=k正c2(NO2),則lg v正=lgk正+2lg c(NO2),v逆=k逆c(N2O4),則lg v逆=lg k逆+lg c(N2O4),lg v逆-lg c(N2O4)的曲線斜率較小,則圖中表示lg v逆-lg c(N2O4)的線是n。
②由①可知,圖中表示lg v逆~lg c(N2O4)的線是n,則lg k逆=a,k逆=10a,lg k正=a+2,k正=10a+2,反應的平衡常數K=k正k逆=10a+210a=100,設T ℃時,向剛性容器中充入x mol·L-1 NO2,平衡后測得c(N2O4)為1.0 mol·L-1,列出三段式:
　　　　　　　　　2NO2(g) N2O4(g)
起始/(mol·L-1) x 0
變化/(mol·L-1) 2 1
平衡/(mol·L-1) x-2 1
K=1(x-2)2=100,x=2.1,則平衡時,NO2的濃度為0.1 mol·L-1,v正=k正c2(NO2)=10a+2×0.12=10a。
③T ℃時,向2 L的容器中充入5 mol N2O4氣體和1 mol NO2氣體,c(N2O4)=5mol2 L=2.5 mol·L-1,c(NO2)=1mol2 L=0.5 mol·L-1,v正=10a+2×0.52=2.5×10a+1,v逆=2.5×10a,v正>v逆。

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