Question

7．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浓度如下表：

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：（以下各题均不考虑温度变化对催化效率的影响）：
（1）前2s内的平均反应速度v （N₂）=1.875×10^-4mol•L^-1•s^-1；
（2）在该温度下，反应的平衡常数K=5000，若升高温度时，K值变小，则该反应的△H＜0 （填写“＞”、“＜”、“=”）；
（3）若在容器中发生上述反应，达平衡后，下列措施能提高NO转化率的是CD
A．加入催化剂 B．升高温度      C．降低温度D．缩小容器体积
（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．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，某同学设计了三组对比实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中，请在下面设计表的空格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）
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ				124
Ⅲ	350			124

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）；
（2）由表中数据可知，4s时反应到达平衡状态，平衡时c（NO）=1.00×10^-4mol/L，故△c（NO）=1.00×10^-3mol/L-1.00×10^-4mol/L=9×10^-4mol/L，利用三段式计算出平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$计算；
若升高温度时，K值变小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应；
（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）目的是研究温度和催化剂的比表面积对反应速率的影响，所以在实验时应保持NO、CO的初始浓度不变，让温度、比表面积其中一个量变化，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℃．

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）=1.875×10^-4mol/（L•s），
故答案为：1.875×10^-4；
（2）由表中数据可知，4s时反应到达平衡状态，平衡时c（NO）=1.00×10^-4mol/L，故△c（NO）=1.00×10^-3mol/L-1.00×10^-4mol/L=9×10^-4mol/L，则：
                  2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）
开始（×10^-4mol/L）：10      36       0     0
变化（×10^-4mol/L）：9       9        9     4.5
平衡（×10^-4mol/L）：1       27       9     4.5
所以该温度下平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（9×1{0}^{-4}）^{2}×4.5×1{0}^{-4}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}×（27×1{0}^{-4}）^{2}}$=5000＜
若升高温度时，K值变小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故△H＜0，
故答案为：5000；＜；
（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）目的是研究温度和催化剂的比表面积对反应速率的影响，所以在实验时应保持NO、CO的初始浓度不变，让温度、比表面积其中一个量变化，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℃，
故答案为：

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）
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

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点评 本题考查化学平衡的计算、平衡移动影响因素、平衡常数、影响速率因素探究实验，（5）注意利用控制变量法分析解答，难度中等．