Question

3．汽车尾气中的主要污染物是NO以及燃料不完全燃烧所产生的CO．为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：
2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=a kJ•mol^-1
为了测定在某种催化剂作用下该反应的反应速率，t₁℃下，在一定容的密闭容器中，某科研机构用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度如下表（CO₂和N₂的起始浓度均为0）．

时间 （s）	0	1	2	3	4	5
c（NO）/10-4mol/L	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）/10-3mol/L	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

回答下列问题：
（1）在上述条件下该反应能自发进行，则正反应必然是放热反应（填“放热”或“吸热”）．
（2）前3s内的平均反应速率υ（N₂）=1.42×10^-4mol•L^-1•S^-1，t₁℃时该反应的平衡常数K=5000（mol•L^-1）^-1．
（3）t₁℃时向一恒压容器中冲入1molNO和1mol CO，达到平衡时测得NO的物质的量为0.2mol，则此时容器的体积V=31.25 L
（4）假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时改变下列条件，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．

Answer 1

分析 （1）根据△G=△H-T•△S＜0能自发进行判断；
（2）计算出NO的反应速率，根据反应速率与化学计量数的关系可计算v（N₂），计算出平衡时各物质的浓度，可计算平衡常数；
（3）设容器的体积为xL，根据反应方程式结合平衡时测得NO的物质的量为0.2mol，可知平衡时各物质的浓度，利用平衡常数可求得x，利用三段式分析；
（4）能提高NO转化率，应使平衡向正向移动，结合温度、浓度等外界条件对平衡移动的影响解答．

解答 解：（1）由反应能够自发进行，则△H-T△S＜0，由方程式可知△S＜0，则只有该反应的△H＜0时，即该反应一定是放热才有可能自发进行，
故答案为：放热；
（2）前3s内的平均反应速率v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（N0）=$\frac{1}{2}$×$\frac{10.0×10{\;}^{-4}mol/L-1.50×10{\;}^{-4}mol/L}{3s}$=1.42×10^-4 mol•L^-1•S^-1，
由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡，则
                    2NO+2CO $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂ +N₂，
开始（mol/L）  1.00×10^-3 3.60×10^-3      0       0
转化（mol/L）  9×10^-4 9×10^-4 9×10^-4 4.50×10^-4
平衡（mol/L）  1.00×10^-4 2.70×10^-3 9×10^-4 4.50×10^-4
则 K=$\frac{（4.50×10{\;}^{-4}）•（9×10{\;}^{-4}）{\;}^{2}}{（1.00×10{\;}^{-4}）•（2.7×10{\;}^{-3}）{\;}^{2}}$=5000，
故答案为：1.42×10^-4 mol•L^-1•S^-1；5000（mol•L^-1 ）^-1；
（3）设容器的体积为xL，
利用三段式：2NO+2CO $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂ +N₂，
开始（mol/L）   $\frac{1}{x}$       $\frac{1}{x}$          0        0
转化（mol/L） $\frac{0.8}{x}$  $\frac{0.8}{x}$  $\frac{0.8}{x}$ ^{$\frac{0.4}{x}$}
平衡（mol/L） $\frac{0.2}{x}$      $\frac{0.2}{x}$       $\frac{0.8}{x}$   $\frac{0.4}{x}$                              
所以$\frac{（\frac{0.8}{x}）^{2}•\frac{0.4}{x}}{（\frac{0.2}{x}）^{2}（\frac{0.2}{x}）^{2}}$=5000，所以x=31.25L，
故答案为：31.25；
（4）A．选用更有效的催化剂，不能使平衡发生移动，故A错误；
B．升高反应体系的温度，因反应放热，则平衡逆向移动，转化率减小，故B错误；
C．降低反应体系的温度，平衡正向移动，转化率增大，故C正确；
D．缩小容器的体积，平衡正向移动，转化率增大，故D正确，
故答案为：CD．

点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用、平衡移动的影响以及相关计算，侧重于学生的分析能力、计算能力的考查，为高考常见题型，难度较大．