题目内容
15．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，其反应为：2NO+2CO$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2+N2．为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：| 时间（s） | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| c（NO）（mol/L） | 1.00×10-3 | 4.50×10-4 | 2.50×10-4 | 1.50×10-4 | 1.00×10-4 | 1.00×10-4 |
| c（CO）（mol/L） | 3.60×10-3 | 3.05×10-3 | 2.85×10-3 | 2.75×10-3 | 2.70×10-3 | 2.70×10-3 |
（1）在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H＜0（填写“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s内的平均反应速率v（N2）=1.88×10-4mol•L-1•s-1．
（3）在该温度下，反应的平衡常数K=5000．
（4）假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是C、D．
A．选用更有效的催化剂B．升高反应体系的温度
C．降低反应体系的温度D．缩小容器的体积
（5）研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率．为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中．
| 实验 编号 | T（℃） | NO初始浓度 （mol/L） | CO初始浓度 （mol/L） | 催化剂的比表面积（m2/g） |
| Ⅰ | 280 | 1.20×10-3 | 5.80×10-3 | 82 |
| Ⅱ | 124 | |||
| Ⅲ | 350 | 124 |
分析 （1）反应时体积减小的反应熵变大于0，依据反应自发进行的判断依据为△H-T△S＜0分析；
（2）依据2s末的物质浓度变化结合化学反应速率的概念计算得到；
（3）2NO+2CO$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2+N2，反应达到平衡状态的平衡浓度，依据平衡常数的概念列式计算；
（4）提高NO转化率需要改变条件促使平衡正向进行结合平衡移动原理分析选项；
（5）根据实验目的验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，则应保证浓度相同，然后相同温度时比较催化剂比表面积，相同催化剂比表面积时比较温度．
解答 解：（1）因该反应2NO+2CO2=CO2+N2中气体减少，则△S＜0，由反应能够自发进行，则△H-T△S＜0，即该反应一定是放热才有可能自发进行，放热反应的△H＜0，故答案为：＜；
（2）由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为1.00×10-3-2.50×10-4=7.50×10-4，则υ（NO）=$\frac{7.5×1{0}^{-4}mol/L}{2S}$=3.75×10-4mol•L-1•s-1；
由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则υ（N2）=$\frac{1}{2}$υ（NO）≈1.88×10-4mol•L-1•s-1，
故答案为：1.88×10-4mol•L-1•s-1；
（3）分析图表数据可知，反应达到4s达到平衡状态，
2NO+2CO $\stackrel{催化剂}{?}$ 2CO2 +N2
起始量（mol/L） 1.00×10-3 3.60×10-3 0 4.5 0
变化量（mol/L） 9×10-49×10-4 9×10-4 4.5×10-4
平衡量（mol/L）1.00×10-4 2.70×10-3 9×10-4 4.5×10-4
依据平衡常数的概念得到平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{4.5×1{0}^{-4}×（9×1{0}^{-4}）^{2}}{（1.00×1{0}^{-4}）^{2}×（2.70×1{0}^{-3}）^{2}}$=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）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：
| 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） |
| Ⅰ | ||||
| Ⅱ | 280 | 1.20×10-3 | 5.80×10-3 | |
| Ⅲ | 1.20×10-3 | 5.80×10-3 |
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，题目难度中等．
阅读快车系列答案
己二酸是合成尼龙-66的主要原料之一．实验室合成己二酸的原理、有关数据及装置示意图如图表：
| 物质 | 密度（g/cm3） | 熔点 | 沸点 | 溶解性 |
| 环己醇 | 0.962g/cm3 | 25.9℃ | 160.8℃ | 20℃时水中溶解度为3.6g，可混溶于乙醇、苯 |
| 己二酸 | 1.360g/cm3 | 152℃ | 337.5℃ | 在水中的溶解度：15℃时1.44g，25℃时2.3g，易溶于乙醇、不溶于苯 |
Ⅰ．在三口烧瓶中加入16mL 50%的硝酸（密度为l.3lg/cm3），再加入1～2粒沸石，滴液漏斗中盛放有5.4mL环己醇．
Ⅱ．水浴加热三口烧瓶至50℃左右，移去水浴，缓慢滴加5～6滴环己醇，摇动三口烧瓶，观察到有红棕色气体放出时再慢慢滴加剩下的环己醇，维持反应温度在60℃～65℃之间．
Ⅲ．当环己醇全部加入后，将混合物用80℃一90℃水浴加热约10min（注意控制温度），直至无红棕色气体生成为止．
Ⅳ．趁热将反应液倒入烧杯中，放入冰水浴中冷却，析出晶体后过滤、洗涤、干燥、称重．
请回答下列问题：
（1）本实验所用50%的硝酸物质的量浓度为10.4 mol/L．滴液漏斗的细支管a的作用是平衡滴液漏斗与三口烧瓶内的气压，使环己醇能够顺利流下．
（2）仪器b的名称为球形冷凝管（或冷凝管）．，使用时要从下口（填“上口”或“下口”）通入冷水．
（3）NaOH溶液的作用是吸收NO2，防止污染空气，溶液上方倒扣的漏斗作用是防止液体倒吸．
（4）向三口烧瓶中滴加环己醇时，反应温度迅速上升，为使反应温度不致过高，必要时可采取的措施是将三口烧瓶置于冷水浴中．
（5）进行该实验时要控制好环己醇的滴入速率，防止反应过于剧烈，否则可能造成较严重的后果，试列举两条可能的后果：反应液暴沸冲出冷凝管；放热过多可能引起爆炸；产生的二氧化氮气体来不及被碱液吸收而外逸到空气中．
（6）为了除去可能的杂质和减少产品损失，可分别用冰水和苯洗涤晶体．
汽车作为一种现代交通工具正在进入千家万户，汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体，其污染问题也成为当今社会急需解决的问题．