题目内容
6．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，其反应为：2NO+2CO$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2+N2．假设常温下在恒容的密闭容器中发生上述反应，试解答下列问题：（1）上述条件下该反应能够自发进行，则反应的△H＜0（填写“＞”、“＜”、“=”）．
（2）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是AB．
A．混合气体的压强保持不变
B．N2的浓度不再改变
C．消耗CO的物质的量与生成CO2的物质的量之比为1：1
D．NO、CO、CO2、N2的物质的量之比为2：2：2：1
（3）既要加快反应速率又要提高NO转化率，下列措施可行的是D．
A．选用更有效的催化剂B．升高反应体系的温度C．降低反应体系的温度D．缩小容器的体积
（4）为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，某科学家在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：
| 时间（s） | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| c（NO）（ mol•L-1） | 1.00×10-3 | 4.50×10-4 | 2.50×10-4 | 1.50×10-4 | 1.00×10-4 | 1.00×10-4 |
| c（CO）（ mol•L-1） | 3.60×10-3 | 3.05×10-3 | 2.85×10-3 | 2.75×10-3 | c | 2.70×10-3 |
①c=2.70×10-3mol•L-1；
②前2s内的平均反应速率v（N2）=1.875×10-4mol/（L．s）；
③该温度下反应的平衡常数K=5×103．
分析 （1）由方程式可知2molNO、2molCO反应生成2molCO2、1molN2，故该反应为熵减的反应，根据△G=△H-T△S＜0，反应可以自发进行，据此判断；
（2）可逆反应到达平衡时，同一物质表示的正逆反应速率相等，各组分的浓度、含量不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡状态的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化，说明到达平衡；
（3）既要加快反应速率又要提高NO转化率，平衡正向移动，正反应为气体体积减小，可以增大压强，可以增大CO的浓度，升高温度，反应速率加快，结合反应热效应平衡平衡移动方向，判断NO转化率变化；
（4）①由表中数据可知，4s与5s时NO的浓度相等，说明4s时反应到达平衡；
②根据v=$\frac{△c}{△t}$计算前2s内v（NO），再利用速率之比等于其化学计量数之比计算v（N2）；
③利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$计算．
解答 解：（1）由方程式可知2molNO、2molCO反应生成2molCO2、1molN2，故该反应为熵减的反应，常温下该反应可以自发进行，根据△G=△H-T△S＜0，反应可以自发进行，故△H＜0，
故答案为：＜；
（2）A．温度、体积不变，随反应进行混合气体总物质的量减小，气体压强减小，混合气体的压强保持不变，说明反应到达平衡，故A正确；
B．生成物N2的浓度不再改变，说明反应到达平衡，故B正确；
C．消耗CO的物质的量与生成CO2的物质的量之比为1：1，均表示正反应速率，反应数值按此比例进行，不能说明到达平衡，故C错误；
D．平衡时各组分的物质的量之比不一定等于化学计量数之比，与物质的起始物质的量及转化率有关，故D错误，
故选：AB；
（3）A．选用更有效的催化剂，加快反应速率，缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，NO的转化率不变，故A错误；
B．升高反应体系的温度，反应速率加快，正反应为放热反应，反应向逆反应方向移动，NO的转化率降低，故B错误；
C．降低反应体系的温度，平衡向正反应方向移动，NO的转化率增大，但反应速率降低，故C错误；
D．正反应为气体体积减小的反应，缩小容器的体积，压强增大，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，NO的转化率增大，故D正确，
故选：D．
（4）①由表中数据可知，4s与5s时NO的浓度相等，说明4s时反应到达平衡，则c=2.70×10-3mol/L，
故答案为：2.70×10-3；
②由表中数据可知，前2s内NO浓度变化量为1.0×10-3mol/L-2.50×10-4mol/L=7.5×10-4mol/L，故2s内v（NO）=$\frac{7.5×1{0}^{-4}mol/L}{2s}$=3.75×10-4mol/（L．s），速率之比等于其化学计量数之比，v（N2）=$\frac{1}{2}$v（NO）=$\frac{1}{2}$×3.75×10-4mol/（L．s）=1.875×10-4mol/（L．s），
故答案为：1.875×10-4mol/（L．s）；
③平衡时，NO的浓度为1.0×10-4mol/L，则：
2 NO（g）+2 CO（g）?2 CO2（g）+N2（g）
开始（mol/L）：1.0×10-3 3.6×10-3 0 0
转化（mol/L）：9×10-49×10-4 9×10-4 4.5×10-4
平衡（mol/L）：1.0×10-427×10-49×10-44.5×10-4
平衡常数表达式K=$\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}}{（1.0×1{0}^{-4}）^{2}×（27×1{0}^{-4}）^{2}}$=5×103，
故答案为：5×103．
点评 本题考查平衡状态判断、化学平衡移动、化学平衡计算、化学反应速率计算、平衡常数计算等，侧重考查学生分析计算能力，需要学生具备扎实的基础，难度中等．
超能学典应用题题卡系列答案| 物质 | CH4 | CO2 | CO | H2 |
| 平衡浓度（mol•L-1） | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
②已知：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-890.3kJ•mol-1
CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=+2.8kJ•mol-1
2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJ•mol-1
求反应CO2（g）+CH4（g）?2CO（g）+2H2（g）的△H=247.3KJkJ•mol-1
（2）用Cu2Al2O4做催化剂，一定条件下发生反应：CO2+CH4?CH3COOH温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率（如图1）．请回答下列问题：
①250-300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度在250～300℃时，催化剂的催化效率降低
②为提高上述反应CH4的转化率，可采取的措施有增大反应压强、增大CO2的浓度（写2条）
（3）Li4SiO4可用于吸收、释放CO2，原理是：500℃时，CO2与Li4SiO4接触生成Li2CO3；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出CO2，Li4SiO4再生，将该原理用化学方程式表示（请注明正反方向和逆反应方向的条件）：CO2+Li4SiO4$?_{700℃}^{500℃}$Li2CO3+Li2SiO3
（4）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（Na2Sx）分别作为两个电极的反应物，多孔固体Al2O3陶瓷（可传导Na+）为电解质，其反应原理（如图2）所示：
①根据下表数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在c范围内（填字母序号）．
| 物质 | Na | S | Al2O3 |
| 熔点/℃ | 97.8 | 115 | 2050 |
| 沸点/℃ | 892 | 444.6 | 2980 |
c.300℃-350℃d.350℃-2050℃
②放电时，电极A为负极．
③充电时，总反应为Na2Sx=2Na+xS（3＜x＜5），则阳极的电极反应式为Sx2--2e-=xS
图1 图2．
| A． | C3H6 | B． | C5H12 | C． | C6H4Cl2 | D． | C4H8 |
| A． | 该物质作净水处理剂与Cl2的作用原理完全相同 | |
| B． | 该反应表明碱性条件下ClO-氧化性强于FeO42- | |
| C． | 上述反应中Fe（0H）3与ClO-的物质的量之比应为3：2 | |
| D． | 因为FeO32-可直接水解生成氢氧化铁胶体，故可做自来水的聚凝剂 |
| A． | 硫酸锶（SrSO4）是难溶于水的白色固体 | |
| B． | 砹（At）为有色固体，HAt不稳定，AgAt感光性很强，但不溶于水也不溶于酸 | |
| C． | 硒化氢（H2Se）是有色、有毒的气体，比H2S稳定 | |
| D． | 铍（Be）的氧化物的水化物可能具有两性 |
| A． | 最外层只有1个电子的元素一定是金属元素 | |
| B． | 最外层只有2个电子的元素一定是金属元素 | |
| C． | 原子核外各层电子数相等的元素一定是金属元素 | |
| D． | 核电荷数为17的元素的原子的质量数一定是35 |