Question

【題目】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將尾氣中的NO和CO轉變成CO2和N2，其反應為：2NO+2CO2CO2+N2（降溫后該反應的平衡常數變大）為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，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）反應的Q___0（填寫“＞”、“＜”、“=”）。

（2）前2s內的平均反應速率v（N2）=___。

（3）計算在該溫度下，反應的平衡常數K=___。

（4）假設在密閉容器中發生上述反應，達到平衡時下列措施能提高NO轉化率的是___。

A．選用更有效的催化劑

B．升高反應體系的溫度

C．降低反應體系的溫度

D．縮小容器的體積

（5）研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率。為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經填在下面實驗設計表中。

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

①請在上表空格中填入剩余的實驗條件數據。

②請在給出的坐標圖中，畫出上表中的三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___。

Answer 1

【答案】＞ 1.88×10-4molL-1s-1 5000 C、D 280 1.20×10-3 5.80×10-3 1.20×10-3 5.80×10-3

【解析】

(1)結合平衡隨溫度變化情況分析；

(2)根據v=計算平均反應速率v(NO)，再計算v(N2)；

(3)反應2NO+2CO2CO2+N2的反應的平衡常數表達式K=，再結合平衡時各物質的濃度計算平常常數；

(4)結合影響平衡移動的因素分析；

(5)①目的是研究溫度和催化劑的比表面積對反應速率的影響，所以在實驗時應保持NO、CO的初始濃度不變，讓溫度、比表面積其中一個量變化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃；

②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃；Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對速率的影響；Ⅰ、Ⅲ催化劑的比表面積不同，溫度不同，研究溫度、催化劑的比表面積對反應速率的影響；繪圖時，要注意達平衡的時間、平衡濃度的相對大�。孩蚺cⅠ溫度相同，平衡不移動，平衡濃度相同，但Ⅱ催化劑比表面積增大，達平衡時間短；Ⅲ與Ⅱ的催化劑比表面積相同，Ⅲ溫度高，溫度升高，不僅達平衡時間縮短，平衡向左移動，使NO的平衡濃度也增大。

(1)其反應2NO+2CO2CO2+N2平衡后降溫，該反應的平衡常數變大，說明降溫平衡正向移動，即正反應放熱，即反應的Q＞0；

(2)前2s內的平均反應速率v(NO)==0.375×10-4mol/(L·s)，則v(N2)=×0.375×10-4mol/(L·s)≈1.88×10-4molL-1s-1；

(3)反應2NO+2CO2CO2+N2的反應的平衡常數表達式K=，4s后反應達到平衡，此時平衡濃度c(NO)= 1.00×10-4molL-1、c(CO)= 2.70×10-3molL-1、c(CO2)=9.0×10-4molL-1、c(N2)= 4.5×10-4molL-1，則在該溫度下，反應的平衡常數K==5000；

(4)A．選用更有效的催化劑，可改變反應速率，但不改變平衡的移動，對NO的轉化率無影響，故A錯誤；

B．升高反應體系的溫度，平衡逆向移動，降低NO的轉化率，故B錯誤；

C．降低反應體系的溫度，平衡正向移動，提高NO的轉化率，故C正確；

D．縮小容器的體積，壓強增大，平衡正向移動，提高NO的轉化率，故D正確；

故答案為CD；

(5)①目的是研究溫度和催化劑的比表面積對反應速率的影響，所以在實驗時應保持NO、CO的初始濃度不變，讓溫度、比表面積其中一個量變化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃，故上表空格中填入剩余的實驗條件數據為：Ⅱ、280；1.20×10-3；5.80×10-3；Ⅲ、1.20×10-3；5.80×10-3；

②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響；Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對速率的影響；Ⅰ、Ⅲ催化劑的比表面積不同，溫度不同，研究溫度、催化劑的比表面積對反應速率的影響；繪圖時，要注意達平衡的時間、平衡濃度的相對大�。孩蚺cⅠ溫度相同，平衡不移動，平衡濃度相同，但Ⅱ催化劑比表面積增大，達平衡時間短；Ⅲ與Ⅱ的催化劑比表面積相同，Ⅲ溫度高，溫度升高，不僅達平衡時間縮短，平衡向左移動，使NO的平衡濃度也增大，三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：。