Question

超音速飛機(jī)在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層�？茖W(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)	1.00×10-3	4.50×10-4	2.50×10-4	1.50×10-4	1.00×10-4	1.00×10-4
c(CO)/(mol/L)	3.60×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3	2.75×10-3	2.70×10-3	2.70×10-3

請回答下列問題（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：

（1）在上述條件下反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的______0（填寫“>”、“<” 或“=”）。

（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=_____________。

（3）該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的表達(dá)式為K=_________________________；在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為____________

（4）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時下列措施能提高NO轉(zhuǎn)化率的是______

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

（5）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(xué)反應(yīng)速率。為了分別驗證溫度、催化劑的比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面的實驗設(shè)計表中。請在表格中填入剩余的實驗條件數(shù)據(jù)。

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				124
Ⅲ	350			124

 

Answer 1

【答案】

(13分)

（1）<  （2分）

（2）1.875×10^-4mol/(L·s) （2分）

（3）[c²(CO₂) ·c(N₂)] / [c²(NO) ·c²(CO)] （2分）           5000 （2分）

（4）C、D（2分）

（5）II: 280（1分）  1.20×10^-3、 5.80×10^-3（1分）    Ⅲ：1.2×10^-3、 5.80×10^-3（1分）

【解析】

試題分析：（1）因該反應(yīng)2NO+2CO2CO₂+N₂中氣體減少，則△S＜0非自發(fā)，

由反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則△H-T△S＜0，即該反應(yīng)一定是放熱才有可能自發(fā)進(jìn)行，

放熱反應(yīng)的△H＜0，故答案為：＜；

（2）由表格中的數(shù)據(jù)可知2s內(nèi)NO濃度的變化量為1.00×10^-3-2.50×10^-4=7.50×10^-4，

則υ（NO）=7.5×10^-4(mol/L)/2=3.75×10^-4mol?L^-1?s^-1；

由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則

υ（N₂）=1/2υ（NO）≈1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1，故答案為：1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1；

（3）由表格中的數(shù)據(jù)可知到4s時達(dá)到化學(xué)平衡，則

2NO+2CO2CO₂+N₂

開始1.00×10^-33.60×10^-3 0 0

轉(zhuǎn)化9×10^-49×10^-49×10^-4 4.50×10^-4

平衡1.00×10^-4 2.70×10^-3 9×10^-44.50×10^-4

則K=[(9×10^-4)²?(4.5×10^-4)]/ [(1×10^-4)²?(2.7×10^-3)²] =5000，故答案為：5000；

（4）由化學(xué)反應(yīng)及提高NO轉(zhuǎn)化率可知，應(yīng)使化學(xué)平衡正向移動，催化劑不能影響平衡移動，

該反應(yīng)放熱，則升高溫度逆向移動，縮小容器的體積相當(dāng)于加壓，則加壓、降溫使該反應(yīng)平衡正移，

故答案為：C、D；

（5）①因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應(yīng)控制溫度相同，所有濃度應(yīng)控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響；

Ⅱ、Ⅲ比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應(yīng)控制相同來驗證反應(yīng)溫度對速率的影響；，

故答案為：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；1.20×10^-3；5.80×10^-3；

考點：化學(xué)平衡的計算；反應(yīng)速率的定量表示方法；化學(xué)平衡的影響因素；物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線；探究濃度、催化劑對化學(xué)平衡的影響

點評：本題綜合考查反應(yīng)速率、反應(yīng)方向、化學(xué)平衡等知識，并注重考查了學(xué)生對實驗化學(xué)的設(shè)計思路，充分體現(xiàn)了新課程變化，同時又注重了對高考熱點的考查，是較好的一道綜合題。