Question

【题目】2017年5月5日，中国首架按照国际标准研制，拥有自主知识产权的大型客机C-919在上海浦东机场首飞，科学家在实验室研究利用催化技术将飞机尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，其反应为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。

（1）上述反应的熵变ΔS_________(填“>”“<”或“=”，下同)0，该反应能够自发进行，则反应的ΔH_______0。

（2）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

（3）若将1 molNO和2 mol CO通入2 L的恒容密闭容器中，在一定条件下发生上述反应，反应中生成的N2的物质的量浓度随时间的变化情况如图1所示。则NO从反应开始到平衡时的平均反应速率v(NO)=_________，4 min末CO的浓度为_________________。

（4）已知上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系如图2所示。工业上催化装置比较适合的温度和压强是____________________。

（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，某同学设计了以下三组实验：

实验编号	T(K)	NO的初始浓度 (mol·L-1)	CO的初始浓度 (mol·L-1)	催化剂的比表面积 (m2·g-1)
I	400	1.20×10-3	3.80×10-3	75
Ⅱ	400	1.20×10-3	3.80×10-3	100
Ⅲ	450	1.20×10-3	3.80×10-3	100

请在图3中分别画出上表中实验Ⅱ、Ⅲ条件下混合气体中NO的浓度随时间变化的曲线，并标明各条曲线的实验编号__________。

Answer 1

【答案】 < < CD 0.05 molL-1·min-1 0.8 molL-1 400 K，1 MPa

【解析】（1）正反应体积减小，则上述反应的熵变ΔS＜0；该反应能够自发进行，根据△G＝△H－T△S＜0可以自发进行可知反应的ΔH＜0。（2）A.选用更有效的催化剂不能改变平衡状态，转化率不变，A错误；B.正反应放热，升高反应体系的温度平衡向逆反应方向进行，转化率降低；C. 正反应放热，降低反应体系的温度，平衡向正反应方向进行，转化率升高，C正确；D.缩小容器的体积增大压强，平衡向正反应方向进行，转化率升高，D正确，答案选CD；（3）根据图像可知平衡时生成氮气是0.1mol/L，根据方程式可知消耗NO是0.2mol/L，则NO从反应开始到平衡时的平均反应速率v(NO)=0.2mol/L÷4min＝0.05 molL-1·min-1；消耗CO是0.2mol/L，则4 min末CO的浓度为1mol/L－0.2mol/L＝0.8mol/L。（4）根据图像可知常压下转化率已经很高，相同压强下400K时的转化率高于500K时的转化率，因此工业上催化装置比较适合的温度和压强是400 K，1 MPa。（5）催化剂改变反应速率，不能改变平衡状态，又因为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，且正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向进行，所以图像为。