Question

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NO和CO转变成CO₂和N₂，化学方程式如下：2NO+2CO = 2CO₂+N₂

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NO和CO浓度如表：

时间(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

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）在上述条件下反应能够自发进行，则反应的______0（填写“>”、“<” 或“=”）。

（2）前2s内的平均反应速率v（N₂）=_____________。

（3）该反应的平衡常数K的表达式为K=_________________________；在该温度下，反应的平衡常数的值为____________

（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、催化剂的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的实验设计表中。请在表格中填入剩余的实验条件数据。

实验编号	T/℃	NO初始浓度 mol·L-1	CO初始浓度 mol·L-1	催化剂的比表面积 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】

试题分析：（1）因该反应2NO+2CO2CO₂+N₂中气体减少，则△S＜0非自发，

由反应能够自发进行，则△H-T△S＜0，即该反应一定是放热才有可能自发进行，

放热反应的△H＜0，故答案为：＜；

（2）由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为1.00×10^-3-2.50×10^-4=7.50×10^-4，

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

由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则

υ（N₂）=1/2υ（NO）≈1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1，故答案为：1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1；

（3）由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡，则

2NO+2CO2CO₂+N₂

开始1.00×10^-33.60×10^-3 0 0

转化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

则K=[(9×10^-4)²?(4.5×10^-4)]/ [(1×10^-4)²?(2.7×10^-3)²] =5000，故答案为：5000；

（4）由化学反应及提高NO转化率可知，应使化学平衡正向移动，催化剂不能影响平衡移动，

该反应放热，则升高温度逆向移动，缩小容器的体积相当于加压，则加压、降温使该反应平衡正移，

故答案为：C、D；

（5）①因Ⅰ、Ⅱ比表面积不同，则应控制温度相同，所有浓度应控制相同来验证催化剂比表面积对速率的影响；

Ⅱ、Ⅲ比表面积相同，温度不同，则所有浓度应控制相同来验证反应温度对速率的影响；，

故答案为：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；1.20×10^-3；5.80×10^-3；

考点：化学平衡的计算；反应速率的定量表示方法；化学平衡的影响因素；物质的量或浓度随时间的变化曲线；探究浓度、催化剂对化学平衡的影响

点评：本题综合考查反应速率、反应方向、化学平衡等知识，并注重考查了学生对实验化学的设计思路，充分体现了新课程变化，同时又注重了对高考热点的考查，是较好的一道综合题。