Question

3．超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層．科學家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO₂和N₂的化學方程式如下：2NO+2CO$\stackrel{催化劑}{→}$2CO₂+N₂
為了測定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/mol•L-1	1.00×10-3	4.50×10-4	2.50×10-4	1.50×10-4	1.00×10-4	1.00×10-4
c（CO）/mol•L-1	3.60×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3	2.75×10-3	2.70×10-3	2.70×10-3

請回答：以下各題（均不考慮溫度變化對催化效率的影響）：
（1）在上述條件下反應(yīng)能夠自發(fā)進行，則反應(yīng)的△H＜0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速度v（N₂）=1.875×10^-4mol/L•s．
（3）假設(shè)在容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達到平衡時下列能提高NO轉(zhuǎn)化率的是CD．
A．選用更有效的催化劑    B．升高反應(yīng)體系的溫度
C．降低反應(yīng)體系的溫度    D．縮小容器的體積
（4）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應(yīng)速率．為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設(shè)計表中．

實驗編號	T/℃	NO初始濃度/ mol•L-1	CO初始濃度/ mol•L-1	催化劑的比表面積/m2•g-1
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	280	1.2×10-3	5.8×10-3	124
Ⅲ	350	1.2×10-3	5.8×10-3	124

①請在空格----中填入剩余的實驗條件數(shù)據(jù)．
②請在給出的坐標圖中，畫出表中的Ⅱ、Ⅲ兩個實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖，并標明各條曲線的實驗編號．（見答題紙）

Answer 1

分析 （1）依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0分析判斷；
（2）依據(jù)化學反應(yīng)速率的概念結(jié)合圖表數(shù)據(jù)分析計算一氧化氮的反應(yīng)速率，結(jié)合速率之比等于系數(shù)之比；
（3）提高NO轉(zhuǎn)化率．平衡正向進行；
（4）①該實驗是驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應(yīng)速率的影響規(guī)律，所以實驗Ⅰ、Ⅱ是只改變催化劑表面積，實驗Ⅱ、Ⅲ只改變溫度，則物質(zhì)的濃度數(shù)據(jù)相同，只有溫度、接觸面積兩個變量；
②實驗Ⅱ增大催化劑的表面積，反應(yīng)速率加快，可縮短達平衡的時間，但平衡不移動，NO的平衡濃度和實驗Ⅰ相同；實驗Ⅲ，升高了溫度，反應(yīng)速率加快，可縮短達平衡的時間；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫，平衡逆向移動，NO的平衡濃度增大，據(jù)此畫出圖象．

解答 解：（1）2NO+2CO?2CO₂+N₂ 反應(yīng)的△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進行△H-T△S＜0，則反應(yīng)焓變一定小于0，△H＜0，故答案為：＜；
（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速度v（NO）=$\frac{1.00×10{\;}^{-3}-2.5×10{\;}^{-4}}{2s}$=3.75×10^-4mol/L•s：v（N₂）：v（NO）=1：2得到v（N₂）=1.875×10^-4mol/L•s，
故答案為：1.875×10^-4mol/L•s；
（3）2NO+2CO?2CO₂+N₂反應(yīng)中能提高NO轉(zhuǎn)化率，則
A．選用更有效的催化劑，只能改變反應(yīng)速率，不能改變平衡，故A錯誤；
B．反應(yīng)時放熱反應(yīng)，升高反應(yīng)體系的溫度，平衡逆向進行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C．反應(yīng)時放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)體系的溫度，平衡正向進行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．縮小容器的體積，壓強增大，平衡向氣體體積見效的方向進行，平衡正向進行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
故選CD；
（4）①實驗目的為驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應(yīng)速率的影響規(guī)律，所以實驗Ⅰ、Ⅱ應(yīng)該只改變催化劑表面積，實驗Ⅱ、Ⅲ中只改變溫度，所以三組實驗中各物質(zhì)的物質(zhì)的濃度數(shù)據(jù)相同，只有溫度、接觸面積兩個變量，實驗數(shù)據(jù)為：II：280、1.2×10^-3、5.8×10^-3；III：1.2×10^-3、5.8×10^-3，
故答案為：

實驗編號	T/℃	NO初始濃度/mol•L-1	CO初始濃度/mol•L-1	催化劑的比表面積/m2•g-1
Ⅰ
Ⅱ	280	1.2×10-3	5.8×10-3
Ⅲ		1.2×10-3	5.8×10-3

②實驗Ⅱ增大了催化劑的表面積，反應(yīng)速率加快，可縮短達平衡的時間，但平衡不移動，NO的平衡濃度和實驗Ⅰ相同；
實驗Ⅱ、Ⅲ對比，實驗Ⅲ，升高了溫度，反應(yīng)速率加快，可縮短達平衡的時間；
該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫，平衡逆向移動，NO的平衡濃度增大，則Ⅱ、Ⅲ兩個實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖為：，故答案為：．

點評 本題綜合考查了反應(yīng)速率、反應(yīng)方向、化學平衡等知識，并注重考查了學生對實驗化學的設(shè)計思路，同時又注重了對高考熱點的考查，試題綜合性較強、涉及的知識點較多，難度適中．