Question

【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	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-1	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△H________0(填写“＞”、“＜”、“=”)。

（2）前2s内的平均反应速率v(N2)=_____________________。

（3）假设在密闭容器中发生上述反应，投入相等的反应物，反应刚开始时下列措施能提高NO反应速率的是_______。

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

（4）研究表明：在使用等质量催化剂时，催化剂比表面积会影响化学反应速率。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，请在下表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	达到平衡的时间 分钟
Ⅰ	280	l.20×10-3	5.80×10-3	82	200
Ⅱ		l.20×10-3		124	120
Ⅲ	350		5.80×10-3	124	5

通过这3组实验，可以得出的温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律是___________________________________________________________.

Answer 1

【答案】＜1.88×10-4 mol·L－1·s－1ABD在其他条件相同时，温度越高，催化剂比表面积越大，化学反应速率越快。

【解析】

（1）发生反应2NO+2CO2CO2+N2，该反应为气体减少，△S＜0非自发，由△G=△H-T△S可知，该反应一定为放热才有可能自发；（2）根据v=计算v（NO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（N2）；（3）达到平衡时提高NO转化率，应使平衡向正反应移动，根据平衡移动原理结合选项解答，注意不能只增大NO的浓度；（4）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℃，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。

（1）发生反应2NO+2CO2CO2+N2，该反应为气体减少，△S＜0非自发，由△G=△H-T△S可知，该反应一定为放热才有可能自发，即△H＜0；（2）v（NO）==3.75×10-4mol/（Ls），速率之比等于化学计量数之比，所以v（N2）=v（NO）=×3.75×10-4mol/（Ls）=1.88×10-4mol/（Ls）；（3）A、催化剂不影响平衡的移动，选项A错误，B、该反应放热，升高温度平衡向逆反应移动，NO的转化率降低，选项B错误，C、该反应放热，降温平衡正向移动，NO转化率增大，选项C正确，D、缩小体积，增大压强，平衡向体积减小的方向运动，即正向移动，NO转化率增大，选项D正确，答案选CD；（4）Ⅰ、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，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，故通过这3组实验，可以得出的温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律是：在其他条件相同时，温度越高，催化剂比表面积越大，化学反应速率越快。