题目内容

16.汽车排放的尾气为大气污染源之一,目前,可利用以下化学原理解决尾气:
2NO+2CO$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2+N2.
(1)已知2molNO完全转化放出akJ热量,若将2molNO 和2molCO放入容器中反应,放出0.8akJ热量,则产生N2的物质的量为0.8mol.
(2)一定条件下,在容积固定的容器中进行上述反应,CO浓度与时间关系如图所示:
①则反应速率υ(a)、υ(b)、υ(c)的大小关系是υ(a)>υ(b)=υ(c)
②下列可说明反应到达图中c点的是BC
A.NO、CO、CO2、N2的浓度比值保持2:2:2:1不变
B.CO的浓度不再改变
C.反应消耗2molNO的同时消耗1molN2
(3)为研究如何提高该转化过程反应速率,某课题组进行了以下实验探究.
【资料查阅】
A.不同的催化剂对同一反应的催化效率不同;
B.使用等质量相同的催化剂时,催化剂的比表面积对催化效率有影响.
【实验设计】课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响规律,设计了以下对比实验.
实验编号实验目的T/℃NO初始浓度
mol/L
CO初始浓度
mol/L
同种催化剂的比表面积
m2/g
达平衡时所用的时间min
Ⅰ参照实验2806.50×10-34.00×10-380t
Ⅱ2806.50×10-34.00×10-31200.5t
Ⅲ探究温度对反应速率的影响3606.50×10-34.00×10-3800.2t
①实验编号Ⅱ的实验目的为探究催化剂比表面积对反应速率的影响.
【结论】
②由表中数据可知,升高温度,反应速率将增大.(填“增大”、“减小”、“无影响”).

分析 (1)放热的热量与消耗的NO的物质的量成正比,根据反应方程式2NO+2CO?2CO2+N2计算;
(2)①该反应中,CO浓度逐渐减小,直至达到平衡状态,根据图象可知,b、c点达到平衡状态,则a点反应速率一定大于b、c;
②bc点已经达到平衡状态,此时正逆反应速率相等,各组分的浓度不变,据此对各选项进行判断;
(3)①对照试验中需要控制变量,根据实验Ⅰ、Ⅱ中不同的反应条件进行判断实验目的;
②根据实验Ⅰ、Ⅲ的反应时间判断温度对该反应速率的影响.

解答 解:(1)已知2molNO完全转化放出akJ热量,若将2molNO和2molCO放入容器中反应,放出0.8akJ热量,放出热量与参加反应的NO的物质的量成正比,则反应消耗的NO的物质的量为:n(NO)=2mol×$\frac{0.8akJ}{akJ/mol}$=1.6mol,根据反应2NO+2CO?2CO2+N2可知,反应生成的氮气的物质的量为:1.6mol×$\frac{1}{2}$=0.8mol,
故答案为:0.8mol;
(2)①该反应中,CO浓度逐渐减小,直至达到平衡状态,根据图象可知,b、c点达到平衡状态,a点还没有达到平衡状态,则a点反应速率一定大于b、c,即:υ(a)>υ(b)=υ(c),
故答案为:υ(a)>υ(b)=υ(c);
②根据图象曲线变化可知,b、c两点处于平衡状态,
A.化学反应速率与化学计量数成正比,则反应过程中NO、CO、CO2、N2的浓度比值始终为2:2:2:1,所以无法判断是否达到平衡状态,故A错误;
B.CO的浓度不再改变,说明正逆反应速率相等,已经达到平衡状态,故B正确;
C.反应消耗2molNO的同时消耗1molN2,证明正反应速率与逆反应速率相等,各组分浓度不再变化,达到了平衡状态,故C正确;
故答案为:BC;
(3)①实验Ⅰ和实验Ⅱ的反应条件中,除了催化剂表面积大小不同以外,其它条件完全相同,说明实验目的是探究催化剂比表面积对反应速率的影响,
故答案为:探究催化剂比表面积对反应速率的影响;
②根据实验Ⅰ和实验Ⅲ可知,升高温度后,达到平衡需要的时间少,说明升高温度,反应速率增大,则反应时间减小,
故答案为:增大.

点评 本题考查化学平衡及其影响、化学平衡、化学反应速率的计算、影响反应速率的因素等知识,题目难度中等,试题知识点较多,充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力,注意熟练掌握影响化学平衡、化学反应速率的因素,能够正确判断化学平衡状态.

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