题目内容

【题目】超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NOCO转变成CO2N2,其反应为:2NO+2CO2CO2+N2(降温后该反应的平衡常数变大)为了测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NOCO浓度如表:

时间(s

0

1

2

3

4

5

cNO)(mol/L

1.00×103

4.50×104

2.50×104

1.50×104

1.00×104

1.00×104

cCO)(mol/L

3.60×103

3.05×103

2.85×103

2.75×103

2.70×103

2.70×103

请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):

1)反应的Q___0(填写“=”)。

2)前2s内的平均反应速率vN2=___

3)计算在该温度下,反应的平衡常数K=___

4)假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是___

A.选用更有效的催化剂

B.升高反应体系的温度

C.降低反应体系的温度

D.缩小容器的体积

5)研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中。

实验

编号

T(℃)

NO初始浓度

mol/L

CO初始浓度

mol/L

催化剂的比表面积(m2/g

280

1.20×10-3

5.80×10-3

82

___

___

___

124

350

___

___

124

①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。

②请在给出的坐标图中,画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明各条曲线的实验编号___

【答案】 1.88×10-4molL-1s-1 5000 CD 280 1.20×10-3 5.80×10-3 1.20×10-3 5.80×10-3

【解析】

(1)结合平衡随温度变化情况分析;

(2)根据v=计算平均反应速率v(NO),再计算v(N2)

(3)反应2NO+2CO2CO2+N2的反应的平衡常数表达式K=,再结合平衡时各物质的浓度计算平常常数;

(4)结合影响平衡移动的因素分析;

(5)①目的是研究温度和催化剂的比表面积对反应速率的影响,所以在实验时应保持NOCO的初始浓度不变,让温度、比表面积其中一个量变化,Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响,因此可确定Ⅱ中温度为280℃;

②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响,因此可确定Ⅱ中温度为280℃;Ⅱ、Ⅲ的催化剂比表面积相同,研究的是温度对速率的影响;Ⅰ、Ⅲ催化剂的比表面积不同,温度不同,研究温度、催化剂的比表面积对反应速率的影响;绘图时,要注意达平衡的时间、平衡浓度的相对大小:Ⅱ与Ⅰ温度相同,平衡不移动,平衡浓度相同,但Ⅱ催化剂比表面积增大,达平衡时间短;Ⅲ与Ⅱ的催化剂比表面积相同,Ⅲ温度高,温度升高,不仅达平衡时间缩短,平衡向左移动,使NO的平衡浓度也增大。

(1)其反应2NO+2CO2CO2+N2平衡后降温,该反应的平衡常数变大,说明降温平衡正向移动,即正反应放热,即反应的Q0

(2)2s内的平均反应速率v(NO)==0.375×10-4mol/(L·s),则v(N2)=×0.375×10-4mol/(L·s)≈1.88×10-4molL-1s-1

(3)反应2NO+2CO2CO2+N2的反应的平衡常数表达式K=4s后反应达到平衡,此时平衡浓度c(NO)= 1.00×10-4molL-1c(CO)= 2.70×10-3molL-1c(CO2)=9.0×10-4molL-1c(N2)= 4.5×10-4molL-1,则在该温度下,反应的平衡常数K==5000

(4)A.选用更有效的催化剂,可改变反应速率,但不改变平衡的移动,对NO的转化率无影响,故A错误;

B.升高反应体系的温度,平衡逆向移动,降低NO的转化率,故B错误;

C.降低反应体系的温度,平衡正向移动,提高NO的转化率,故C正确;

D.缩小容器的体积,压强增大,平衡正向移动,提高NO的转化率,故D正确;

故答案为CD

(5)①目的是研究温度和催化剂的比表面积对反应速率的影响,所以在实验时应保持NOCO的初始浓度不变,让温度、比表面积其中一个量变化,Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响,因此可确定Ⅱ中温度为280℃,故上表空格中填入剩余的实验条件数据为:Ⅱ、2801.20×10-35.80×10-3;Ⅲ、1.20×10-35.80×10-3

②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响;Ⅱ、Ⅲ的催化剂比表面积相同,研究的是温度对速率的影响;Ⅰ、Ⅲ催化剂的比表面积不同,温度不同,研究温度、催化剂的比表面积对反应速率的影响;绘图时,要注意达平衡的时间、平衡浓度的相对大小:Ⅱ与Ⅰ温度相同,平衡不移动,平衡浓度相同,但Ⅱ催化剂比表面积增大,达平衡时间短;Ⅲ与Ⅱ的催化剂比表面积相同,Ⅲ温度高,温度升高,不仅达平衡时间缩短,平衡向左移动,使NO的平衡浓度也增大,三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图为:

练习册系列答案
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已知在25℃AgCl(s) Ag(aq)Cl(aq) Ksp=1.8×1010Ag2S(s) 2Ag(aq)S2(aq) Ksp=6.3×1050,向KClK2S浓度均为0.001mol/L的混合溶液中,逐滴加入AgNO3溶液,最先产生的沉淀是_____(填“AgCl”“Ag2S”)。

2)甲醇是可再生能源,其燃烧热为726.5kJ·mol1。下列能正确表示甲醇燃烧的热化学方程式的是____(填字母代号)。

A.CH3OH(l)O2(g)=CO2(g)2H2O(l) H=726.5kJ·mol1

B.CH3OH(l)O2(g)=CO2(g)2H2O(l) H=726.5kJ·mol1

C.CH3OHO2=CO22H2O H=726.5kJ·mol1

3800,向某恒容密闭容器中充入反应物A,发生反应2A(g) 2B(g)C(g) H<0。已知A的浓度随时间的变化如下:

反应时间(min

0

10

20

30

40

50

60

cA(mol/L)

1.0

0.80

0.67

0.58

0.43

0.50

0.50

请回答下列问题:

①在10-20min内,A的平均反应速率为________mol/(L.min)

②不能说明该反应达到化学平衡状态的是__________(填字母代号);

A.容器内气体密度不再变化 B.容器内气体平均摩尔质量不再变化 C.容器内气体的压强不再变化

800℃时,平衡常数K=_________

④若温度将为600℃,其平衡常数K________(填增大减小、或不变)。

4)如图所示,闭合S后不久,可观察到滤纸a端附近呈蓝色,则:

①滤纸b端与电源__________(填正极 )相连;

②滤纸a端发生的电极反应式为________

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