Question

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，化學方程式如下：

2NO+2CO2CO₂+N₂

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
c(NO)/mol·L-1	1.00×10-3	4.50×10-4	2.50×10-4
c(CO)/ mol·L-1	3.60×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3
時間/s	3	4	5
c(NO)/mol·L-1	1.50×10-4	1.00×10-4	1.00×10-4
c(CO)/ mol·L-1	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)在上述條件下反應能夠自發進行，則反應的ΔH________0(填寫“＞”、“＜”、“＝”)。

(2)前2 s內的平均反應速率v(N₂)=________。

(3)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-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

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

（1）＜ (2)1.88×10^-4 mol·（L·s）^-1

（3）5 000

（4）CD （5）①Ⅱ.280 1.20×10^-3 5.80×10^-3 Ⅲ.1.20×10^-3 5.80×10^-3

②如下圖：

解析：本題考查化學反應速率和化學平衡的知識內容。（1）能自發進行的反應一般是放熱反應，故ΔH＜0。（2）先算出NO或CO前2 s內表示的反應速率，再轉化成用N₂表示的反應速率。（3）注意是4 s后濃度不變，達到平衡，先算好平衡狀態時各物質的“平衡濃度”，再計算出其平衡常數K的數值。（4）A項：催化劑不能使平衡移動，故不影響NO的轉化率。

B、C項：第（1）問中說明該反應是放熱反應，故降低溫度有利于提高NO的轉化率，C對。

D項：正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強有利于提高NO的轉化率，D也對。（5）表格中的關鍵信息是“初始濃度”，Ⅱ與Ⅲ中的當然應該與Ⅰ相一致了。另外要理解Ⅰ與Ⅱ實驗對比，是研究催化劑比表面積的，溫度應該一致。Ⅱ與Ⅲ實驗是對比溫度的影響，這在畫②問曲線時尤其要注意。