Question

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+2CO = 2CO₂+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______0（填寫“>”、“<” 或“=”）。

（2）前2s內的平均反應速率v（N₂）=_____________。

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

（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、催化劑的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的實驗設計表中。請在表格中填入剩余的實驗條件數據。

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，

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

由化學反應速率之比等于化學計量數之比，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）由表格中的數據可知到4s時達到化學平衡，則

2NO+2CO2CO₂+N₂

開始1.00×10^-33.60×10^-3 0 0

轉化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）由化學反應及提高NO轉化率可知，應使化學平衡正向移動，催化劑不能影響平衡移動，

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

故答案為：C、D；

（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；

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

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