Question

7．超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的NO會(huì)破壞臭氧層．科學(xué)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，化學(xué)方程式如下：2NO+2CO?2CO₂+N₂，為了測(cè)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(cè)得不同時(shí)間的NO和CO濃度如下表：

時(shí)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(qǐng)回答：（以下各題均不考慮溫度變化對(duì)催化效率的影響）：
（1）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速度v （N₂）=1.875×10^-4mol•L^-1•s^-1；
（2）在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5000，若升高溫度時(shí)，K值變小，則該反應(yīng)的△H＜0 （填寫(xiě)“＞”、“＜”、“=”）；
（3）若在容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)平衡后，下列措施能提高NO轉(zhuǎn)化率的是CD
A．加入催化劑 B．升高溫度      C．降低溫度D．縮小容器體積
（4）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時(shí)，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．為了分別驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中，請(qǐng)?jiān)谙旅嬖O(shè)計(jì)表的空格中填入剩余的實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	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				124
Ⅲ	350			124

Answer 1

分析 （1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NO），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，4s時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，平衡時(shí)c（NO）=1.00×10^-4mol/L，故△c（NO）=1.00×10^-3mol/L-1.00×10^-4mol/L=9×10^-4mol/L，利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計(jì)算；
若升高溫度時(shí)，K值變小，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（3）達(dá)到平衡時(shí)提高NO轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理結(jié)合選項(xiàng)解答，注意不能只增大NO的濃度；
（4）目的是研究溫度和催化劑的比表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響，所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持NO、CO的初始濃度不變，讓溫度、比表面積其中一個(gè)量變化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對(duì)速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃．

解答 解：（1）v（NO）=$\frac{1×1{0}^{-3}mol/L-2.5×1{0}^{-4}mol/L}{2s}$=3.75×10^-4mol/（L•s），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NO）=$\frac{1}{2}$×3.75×10^-4mol/（L•s）=1.875×10^-4mol/（L•s），
故答案為：1.875×10^-4；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，4s時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，平衡時(shí)c（NO）=1.00×10^-4mol/L，故△c（NO）=1.00×10^-3mol/L-1.00×10^-4mol/L=9×10^-4mol/L，則：
                  2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
開(kāi)始（×10^-4mol/L）：10      36       0     0
變化（×10^-4mol/L）：9       9        9     4.5
平衡（×10^-4mol/L）：1       27       9     4.5
所以該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（9×1{0}^{-4}）^{2}×4.5×1{0}^{-4}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}×（27×1{0}^{-4}）^{2}}$=5000＜
若升高溫度時(shí)，K值變小，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H＜0，
故答案為：5000；＜；
（3）A．催化劑不影響平衡的移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，NO的轉(zhuǎn)化率降低，故B錯(cuò)誤；
C．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降溫平衡正向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．縮小體積，增大壓強(qiáng)，平衡向體積減小的方向運(yùn)動(dòng)，即正向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
故答案為：CD；
（4）目的是研究溫度和催化劑的比表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響，所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持NO、CO的初始濃度不變，讓溫度、比表面積其中一個(gè)量變化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對(duì)速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃，
故答案為：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	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	1.20×10-3	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	124

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點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算、平衡移動(dòng)影響因素、平衡常數(shù)、影響速率因素探究實(shí)驗(yàn)，（5）注意利用控制變量法分析解答，難度中等．