Question

【題目】超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的NO會(huì)破壞臭氧層。科學(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(cè)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(cè)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(qǐng)回答下列問(wèn)題（均不考慮溫度變化對(duì)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(xiě)“>”、“<”、“=”。

(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(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(duì)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(hào)	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(qǐng)?jiān)谏媳砀裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)________________。

②請(qǐng)?jiān)诮o出的坐標(biāo)圖中，畫(huà)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(shì)曲線圖，并標(biāo)明各條曲線的實(shí)驗(yàn)編號(hào)________________。

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(jìn)行，利用△H-T△S＜0來(lái)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(lái)計(jì)算解答；

(3)根據(jù)該溫度下達(dá)化學(xué)平衡時(shí)各物質(zhì)平衡時(shí)濃度及化學(xué)平衡常數(shù)的概念來(lái)計(jì)算；

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

(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)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(shí)比較催化劑比表面積，相同催化劑比表面積時(shí)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(lái)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(jìn)行，則△H-T△S＜0，即該反應(yīng)一定是放熱才有可能自發(fā)進(jìn)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(jì)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(shí)達(dá)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(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

該反應(yīng)放熱，故降溫平衡正向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；

該反應(yīng)放熱，故降溫平衡正向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率增大，C項(xiàng)正確；

縮小體積，即增大壓強(qiáng)，平衡向體積減小的方向運(yùn)動(dòng)，即正向移動(dòng)，D項(xiàng)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(lái)驗(yàn)證催化劑比表面積對(duì)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(lái)驗(yàn)證反應(yīng)溫度對(duì)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(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響，則平衡不移動(dòng)，但Ⅱ的速率大，則Ⅱ先達(dá)到化學(xué)平衡，Ⅰ、Ⅱ達(dá)平衡時(shí)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(dá)到化學(xué)平衡時(shí)c（NO）增大，故答案為。