Question

【題目】超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的NO會(huì)破壞臭氧層。科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2，其反應(yīng)為：2NO+2CO2CO2+N2（降溫后該反應(yīng)的平衡常數(shù)變大）為了測(cè)定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，在某溫度下用氣體傳感器測(cè)得不同時(shí)間的NO和CO濃度如表：

時(shí)間（s）	0	1	2	3	4	5
c（NO）（mol/L）	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）	3.60×10﹣3	3.05×10﹣3	2.85×10﹣3	2.75×10﹣3	2.70×10﹣3	2.70×10﹣3

請(qǐng)回答下列問(wèn)題（均不考慮溫度變化對(duì)催化劑催化效率的影響）：

（1）反應(yīng)的Q___0（填寫“＞”、“＜”、“=”）。

（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N2）=___。

（3）計(jì)算在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___。

（4）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)下列措施能提高NO轉(zhuǎn)化率的是___。

A．選用更有效的催化劑

B．升高反應(yīng)體系的溫度

C．降低反應(yīng)體系的溫度

D．縮小容器的體積

（5）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時(shí)，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。為了分別驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中。

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	T（℃）	NO初始濃度 （mol/L）	CO初始濃度 （mol/L）	催化劑的比表面積（m2/g）
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	___	___	___	124
Ⅲ	350	___	___	124

①請(qǐng)?jiān)谏媳砜崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)。

②請(qǐng)?jiān)诮o出的坐標(biāo)圖中，畫出上表中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中NO濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)曲線圖，并標(biāo)明各條曲線的實(shí)驗(yàn)編號(hào)___。

Answer 1

【答案】＞ 1.88×10-4molL-1s-1 5000 C、D 280 1.20×10-3 5.80×10-3 1.20×10-3 5.80×10-3

【解析】

(1)結(jié)合平衡隨溫度變化情況分析；

(2)根據(jù)v=計(jì)算平均反應(yīng)速率v(NO)，再計(jì)算v(N2)；

(3)反應(yīng)2NO+2CO2CO2+N2的反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=，再結(jié)合平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度計(jì)算平常常數(shù)；

(4)結(jié)合影響平衡移動(dòng)的因素分析；

(5)①目的是研究溫度和催化劑的比表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響，所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持NO、CO的初始濃度不變，讓溫度、比表面積其中一個(gè)量變化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對(duì)速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃；

②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對(duì)速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃；Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對(duì)速率的影響；Ⅰ、Ⅲ催化劑的比表面積不同，溫度不同，研究溫度、催化劑的比表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響；繪圖時(shí)，要注意達(dá)平衡的時(shí)間、平衡濃度的相對(duì)大小：Ⅱ與Ⅰ溫度相同，平衡不移動(dòng)，平衡濃度相同，但Ⅱ催化劑比表面積增大，達(dá)平衡時(shí)間短；Ⅲ與Ⅱ的催化劑比表面積相同，Ⅲ溫度高，溫度升高，不僅達(dá)平衡時(shí)間縮短，平衡向左移動(dòng)，使NO的平衡濃度也增大。

(1)其反應(yīng)2NO+2CO2CO2+N2平衡后降溫，該反應(yīng)的平衡常數(shù)變大，說(shuō)明降溫平衡正向移動(dòng)，即正反應(yīng)放熱，即反應(yīng)的Q＞0；

(2)前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(NO)==0.375×10-4mol/(L·s)，則v(N2)=×0.375×10-4mol/(L·s)≈1.88×10-4molL-1s-1；

(3)反應(yīng)2NO+2CO2CO2+N2的反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=，4s后反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)平衡濃度c(NO)= 1.00×10-4molL-1、c(CO)= 2.70×10-3molL-1、c(CO2)=9.0×10-4molL-1、c(N2)= 4.5×10-4molL-1，則在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K==5000；

(4)A．選用更有效的催化劑，可改變反應(yīng)速率，但不改變平衡的移動(dòng)，對(duì)NO的轉(zhuǎn)化率無(wú)影響，故A錯(cuò)誤；

B．升高反應(yīng)體系的溫度，平衡逆向移動(dòng)，降低NO的轉(zhuǎn)化率，故B錯(cuò)誤；

C．降低反應(yīng)體系的溫度，平衡正向移動(dòng)，提高NO的轉(zhuǎn)化率，故C正確；

D．縮小容器的體積，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，提高NO的轉(zhuǎn)化率，故D正確；

故答案為CD；

(5)①目的是研究溫度和催化劑的比表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響，所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持NO、CO的初始濃度不變，讓溫度、比表面積其中一個(gè)量變化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對(duì)速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃，故上表空格中填入剩余的實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)為：Ⅱ、280；1.20×10-3；5.80×10-3；Ⅲ、1.20×10-3；5.80×10-3；

②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對(duì)速率的影響；Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對(duì)速率的影響；Ⅰ、Ⅲ催化劑的比表面積不同，溫度不同，研究溫度、催化劑的比表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響；繪圖時(shí)，要注意達(dá)平衡的時(shí)間、平衡濃度的相對(duì)大小：Ⅱ與Ⅰ溫度相同，平衡不移動(dòng)，平衡濃度相同，但Ⅱ催化劑比表面積增大，達(dá)平衡時(shí)間短；Ⅲ與Ⅱ的催化劑比表面積相同，Ⅲ溫度高，溫度升高，不僅達(dá)平衡時(shí)間縮短，平衡向左移動(dòng)，使NO的平衡濃度也增大，三個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中NO濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)曲線圖為：。