Question

1．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（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
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）前2s内的平均反应速率υ（N₂）=1.9×10^-4mol/（L•s）；CO的平衡转化率为25%．（结果均保留两位有效数字）
（2）写出该反应的平衡常数K的表达式$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$．
（3）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CD．
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，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率．某同学设计了三组实验，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	280	1.20×10-3	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	124

①以上三组实验的实验目的是分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律．
②请在给出的坐标图中，画出上表中的第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．

（5）已知CO的燃烧热为284kJ/mol，且N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ/mol；则反应2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=-748kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
4s时处于平衡状态，CO平衡浓度为2.70×10^-3mol/L，转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%；
（2）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
（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）①利用控制变量法分析解答，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，
②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；
（5）已知CO的燃烧热为284kJ/mol，则：2CO（g）+O₂?2CO₂（g）△H=-568kJ/mol  ①
又知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ/mol   ②
根据盖斯定律，①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．

解答 解：（1）v（NO）=$\frac{1×1{0}^{-3}mol/L-2.5×1{0}^{-4}mol/L}{2s}$=3.75×10^-4mol/（L•s），速率之比等于化学计量数之比，所以v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NO）=$\frac{1}{2}$×3.75×10^-4mol/（L•s）≈1.9×10^-4mol/（L•s），
4s时处于平衡状态，CO平衡浓度为2.70×10^-3mol/L，CO转化率=$\frac{3.6×1{0}^{-3}mol/L-2.7×1{0}^{-3}mol/L}{3.6×1{0}^{-3}mol/L}$×100%=25%，
故答案为：1.9×10^-4mol/（L•s）；25%；
（2）2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$；
（3）A．催化剂不影响平衡的移动，故A错误，
B．该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，NO的转化率降低，故B错误，
C．该反应为放热反应，降温平衡正向移动，NO转化率增大，故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，故D正确，
故答案为：CD；
（4）①利用控制变量法分析解答，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，故目的是：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，
故答案为：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；
②Ⅱ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：
，
故答案为：；
（5）已知CO的燃烧热为284kJ/mol，则：2CO（g）+O₂?2CO₂（g）△H=-568kJ/mol ①
又知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ/mol ②
根据盖斯定律，①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），则△H=-568kJ/mol-180kJ/mol=-748kJ/mol，
故答案为：-748kJ/mol．

点评 本题考查化学平衡的计算、化学平衡常数、平衡移动影响因素、影响速率因素探究实验、盖斯定律应用等，（4）中注意利用控制变量法分析解答，需要学生熟练掌握基础知识．