Question

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(shí)間的NO和CO濃度如表：

時(shí)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(jìn)行，則反應(yīng)的△H

 

0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（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(dá)到平衡時(shí)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(shí)，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(yàn)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(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中．

實(shí)驗(yàn) 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?jiān)谏媳砜崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)．
②請?jiān)诮o出的坐標(biāo)圖中，畫出上表中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中NO濃度隨時(shí)間變化的趨勢曲線圖，并標(biāo)明各條曲線的實(shí)驗(yàn)編號．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素,物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）發(fā)生反應(yīng)2NO+2CO?2CO₂+N₂，該反應(yīng)為氣體減少，△S＜0非自發(fā)，由△G=△H-T△S可知，該反應(yīng)一定為放熱才有可能自發(fā)；
（2）根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（NO），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，4s時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，平衡時(shí)c（NO）=1.00×10^-4mol/L，故△c（NO）=1.00×10^-3mol/L-1.00×10^-4mol/L=9×10^-4mol/L，利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
（4）達(dá)到平衡時(shí)提高NO轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)移動，根據(jù)平衡移動原理結(jié)合選項(xiàng)解答，注意不能只增大NO的濃度；
（5）①目的是研究溫度和催化劑的比表面積對反應(yīng)速率的影響，所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持NO、CO的初始濃度不變，讓溫度、比表面積其中一個(gè)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(yīng)速率的影響，
繪圖時(shí)，要注意達(dá)平衡的時(shí)間、平衡濃度的相對大小：
Ⅱ與Ⅰ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(dá)平衡時(shí)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(dá)平衡時(shí)間縮短，平衡向左移動，使NO的平衡濃度也增大．

解答： 解：（1）發(fā)生反應(yīng)2NO+2CO?2CO₂+N₂，該反應(yīng)為氣體減少，△S＜0非自發(fā)，由△G=△H-T△S可知，該反應(yīng)一定為放熱才有可能自發(fā)，即△H＜0，
故答案為：＜；
（2）v（NO）=

1×10-3mol/L-2.5×10-4mol/L

2s

=3.75×10^-4mol/（L?s），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v（N₂）=

1

2

v（NO）=

1

2

×3.75×10^-4mol/（L?s）=1.875×10^-4mol/（L?s），
故答案為：1.875×10^-4mol/（L?s）；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，4s時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，平衡時(shí)c（NO）=1.00×10^-4mol/L，故△c（NO）=1.00×10^-3mol/L-1.00×10^-4mol/L=9×10^-4mol/L，則：
                     2NO+2CO?2CO₂+N₂，
開始（×10^-4mol/L）：10   36   0   0
變化（×10^-4mol/L）：9     9   9   4.5
平衡（×10^-4mol/L）：1     27  9   4.5
所以該溫度下平衡常數(shù)k=

(9×10-4)2×4.5×10-4

(1×10-4)2×(27×10-4)2

=5000
故答案為：5000；
（4）A、催化劑不影響平衡的移動，故A錯(cuò)誤，
B、該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，NO的轉(zhuǎn)化率降低，故B錯(cuò)誤，
C、該反應(yīng)放熱，降溫平衡正向移動，NO轉(zhuǎn)化率增大，故C正確，
D、縮小體積，增大壓強(qiáng)，平衡向體積減小的方向運(yùn)動，即正向移動，NO轉(zhuǎn)化率增大，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(yīng)速率的影響，所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持NO、CO的初始濃度不變，讓溫度、比表面積其中一個(gè)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℃，
故答案為：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(yīng)速率的影響，
繪圖時(shí)，要注意達(dá)平衡的時(shí)間、平衡濃度的相對大�。�
Ⅱ與Ⅰ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(dá)平衡時(shí)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(dá)平衡時(shí)間縮短，平衡向左移動，使NO的平衡濃度也增大，
三個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中NO濃度隨時(shí)間變化的趨勢曲線圖為：

故答案為：．

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算、平衡移動影響因素、影響速率因素探究實(shí)驗(yàn)，題目計(jì)算量大、閱讀量大，是對學(xué)生心理素質(zhì)的考驗(yàn)，難度較大，注意三段式解題法的理解運(yùn)用，全面掌握基礎(chǔ)知識．