Question

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 

催化剂

 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：请回答下列问题：

时间/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）	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）	3.60×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3	2.75×10-3	2.70×10-3	2.70×10-3

（1）写出该反应的平衡常数表达式K=

 

．
（2）前2s内的平均反应速率v（N₂）=

 

．
（3）在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H

 

0（填写“＞”、“＜”、“=”）．
（4）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

 

．
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
（5）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，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中，请在表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 ㎡?g-1
Ⅰ	280	1.2×10-3	5.8×10-3	82
Ⅱ		1.2×10-3		124
Ⅲ	350			124

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题

分析：（1）平衡常数是利用生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积得到表达式；
（2）根据化学反应速率的定义及2s内浓度的变化量来计算解答，先计算一氧化氮的反应速率，结合反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算氮气的反应速率；
（3）依据化学反应能量守恒来分析该反应吸热放热情况；
（4）能提高NO转化率则化学平衡正向移动，利用影响化学平衡移动的因素来分析；
（5）根据实验目的验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，则应保证浓度相同，然后相同温度时比较催化剂比表面积，相同催化剂比表面积时比较温度．

解答： 解：（1）化学方程式如下：2NO+2CO 

催化剂

 2CO₂+N₂，反应平衡常数K=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

，故答案为；

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

；
（2）由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为：1.00×10^-3-2.50×10^-4=7.50×10^-4，
则υ（NO）=

7.5×10-4mol/L

2s

=3.75×10^-4mol?L^-1?s^-1
由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则
υ（N₂）=

1

2

υ（NO）≈1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1，
故答案为：1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1；
（3）若1molNO和1molCO的总能量比1molCO₂和0.5molN₂的总能量大，该反应是放热反应，△H＜0是放热反应；
故答案是：＜；
（4）2NO+2CO?2CO₂+N₂反应中能提高NO转化率，平衡应正向移动，但不能增加NO的物质的量，
A．选用更有效的催化剂，只能改变反应速率，不能改变平衡，故A错误；
B．反应时放热反应，升高反应体系的温度，平衡逆向进行，一氧化氮转化率减小，故B错误；
C．反应时放热反应，降低反应体系的温度，平衡正向进行，一氧化氮转化率增大，故C正确；
D．缩小容器的体积，压强增大，平衡向气体体积见效的方向进行，平衡正向进行，一氧化氮转化率增大，故D正确；
故选CD；
（5）因Ⅰ、Ⅱ比表面积不同，则应控制温度相同，所有浓度应控制相同来验证催化剂比表面积对速率的影响；
Ⅱ、Ⅲ比表面积相同，温度不同，则所有浓度应控制相同来验证反应温度对速率的影响；
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 ㎡?g-1
Ⅰ			5.8×10-3	82
Ⅱ	280		5.80×10-3	124
Ⅲ		1.20×10-3	5.80×10-3	124

点评：本题综合考查了反应速率、反应方向、化学平衡等知识，并注重考查了学生对实验化学的设计思路，充分体现了新课程变化，同时又注重了对高考热点的考查，本题难度中等．