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�？茖W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	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)在上述條件下反應能夠自發進行，則反應的△H______0（填寫“>”、“<”、“=”。

(2)前2s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	CO初始濃度mol/L	催化劑的比表面積m2/g
Ⅰ	280	1.2×10-3	5.8×10-3	82
Ⅱ				124
Ⅲ	350			124

①請在上表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】< 1.88×10-4mol/(L·s) 5000 C、D II: 280、1.20×10-3、5.80×10-3,Ⅲ：1.2×10-3、5.80×10-3

【解析】

(1)根據反應能夠自發進行，利用△H-T△S＜0來分析該反應的焓變；

(2)根據化學反應速率的定義及2s內濃度的變化量來計算解答；

(3)根據該溫度下達化學平衡時各物質平衡時濃度及化學平衡常數的概念來計算；

(4)能提高NO轉化率則化學平衡正向移動，利用影響化學平衡移動的因素來分析；

(5)根據實驗目的驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，則應保證濃度相同，然后相同溫度時比較催化劑比表面積，相同催化劑比表面積時比較溫度，然后利用影響化學反應速率及化學平衡的因素來分析圖象。

(1)因該反應2NO+2CO2CO2+N2中氣體減少，則△S＜0非自發，由反應能夠自發進行，則△H-T△S＜0，即該反應一定是放熱才有可能自發進行，放熱反應的△H＜0，故答案為：＜；

(2)由表格中的數據可知2s內NO濃度的變化量為1.00×10-3-2.50×10-4=7.50×10-4 mo/L，則υ（NO）==3.75×10-4 mol/(L·s),由化學反應速率之比等于化學計量數之比，則υ（N2）=υ（NO）≈1.88×10-4 mol/(L·s)，故答案為：1.88×10-4 mol/(L·s)；

(3)由表格中的數據可知到4s時達到化學平衡，則

則=5000，故答案為：5000；

(4)催化劑不影響平衡的移動，A項錯誤；

該反應放熱，故降溫平衡正向移動，NO轉化率增大，B項錯誤；

該反應放熱，故降溫平衡正向移動，NO轉化率增大，C項正確；

縮小體積，即增大壓強，平衡向體積減小的方向運動，即正向移動，D項正確。

故答案為：CD；

(5) ①因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應控制溫度相同，所有濃度應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，則所有濃度應控制相同來驗證反應溫度對速率的影響，故答案為280；1.20×10-3；5.80×10-3；1.20×10-3；5.80×10-3；

②因Ⅰ、Ⅱ溫度相同，催化劑對平衡移動無影響，則平衡不移動，但Ⅱ的速率大，則Ⅱ先達到化學平衡，Ⅰ、Ⅱ達平衡時NO的濃度相同；而Ⅲ的溫度高，則反應速率最大且平衡逆移，即達到化學平衡時c（NO）增大，故答案為。