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(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+2CO2CO2+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)進行，則反應(yīng)的△H______0（填寫“>”、“<”、“=”。

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

(3)在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______________。

(4)假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達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)填在下面實驗設(shè)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(shù)據(jù)________________。

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(jù)反應(yīng)能夠自發(fā)進行，利用△H-T△S＜0來分析該反應(yīng)的焓變；

(2)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的定義及2s內(nèi)濃度的變化量來計算解答；

(3)根據(jù)該溫度下達化學(xué)平衡時各物質(zhì)平衡時濃度及化學(xué)平衡常數(shù)的概念來計算；

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

(5)根據(jù)實驗?zāi)康尿炞C溫度、催化劑比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，則應(yīng)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(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的因素來分析圖象。

(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)進行，則△H-T△S＜0，即該反應(yīng)一定是放熱才有可能自發(fā)進行，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 mo/L，則υ（NO）==3.75×10-4 mol/(L·s),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）=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(shù)據(jù)可知到4s時達到化學(xué)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(yīng)放熱，故降溫平衡正向移動，NO轉(zhuǎn)化率增大，B項錯誤；

該反應(yīng)放熱，故降溫平衡正向移動，NO轉(zhuǎn)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(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；

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(xué)平衡，Ⅰ、Ⅱ達平衡時NO的濃度相同；而Ⅲ的溫度高，則反應(yīng)速率最大且平衡逆移，即達到化學(xué)平衡時c（NO）增大，故答案為。