Question

1．超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層．科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO₂和N₂，化學方程式如下：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間（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

請回答下列問題（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：
（1）前2s內的平均反應速率υ（N₂）=1.9×10^-4mol/（L•s）；CO的平衡轉化率為25%．（結果均保留兩位有效數字）
（2）寫出該反應的平衡常數K的表達式$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$．
（3）假設在密閉容器中發(fā)生上述反應，達到平衡時下列措施能提高NO轉化率的是CD．
A．選用更有效的催化劑B．升高反應體系的溫度
C．降低反應體系的溫度D．縮小容器的體積
（4）研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率．某同學設計了三組實驗，實驗條件已經填在下面實驗設計表中．

實驗 編號	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	280	1.20×10-3	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	124

①以上三組實驗的實驗目的是分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律．
②請在給出的坐標圖中，畫出上表中的第三個實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖．

（5）已知CO的燃燒熱為284kJ/mol，且N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ/mol；則反應2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=-748kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（N₂）；
4s時處于平衡狀態(tài)，CO平衡濃度為2.70×10^-3mol/L，轉化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%；
（2）化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
（3）達到平衡時提高NO轉化率，應使平衡向正反應移動，根據平衡移動原理結合選項解答，注意不能只增大NO的濃度；
（4）①利用控制變量法分析解答，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響，Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對速率的影響，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反應速率的影響，
②繪圖時，要注意達平衡的時間、平衡濃度的相對大�。孩蚺cⅠ溫度相同，平衡不移動，平衡濃度相同，但Ⅱ催化劑比表面積增大，達平衡時間短；
Ⅲ與Ⅱ的催化劑比表面積相同，Ⅲ溫度高，溫度升高，不僅達平衡時間縮短，平衡向左移動，使NO的平衡濃度也增大；
（5）已知CO的燃燒熱為284kJ/mol，則：2CO（g）+O₂?2CO₂（g）△H=-568kJ/mol  ①
又知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ/mol   ②
根據蓋斯定律，①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．

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），速率之比等于化學計量數之比，所以v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NO）=$\frac{1}{2}$×3.75×10^-4mol/（L•s）≈1.9×10^-4mol/（L•s），
4s時處于平衡狀態(tài)，CO平衡濃度為2.70×10^-3mol/L，CO轉化率=$\frac{3.6×1{0}^{-3}mol/L-2.7×1{0}^{-3}mol/L}{3.6×1{0}^{-3}mol/L}$×100%=25%，
故答案為：1.9×10^-4mol/（L•s）；25%；
（2）2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$；
（3）A．催化劑不影響平衡的移動，故A錯誤，
B．該反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，NO的轉化率降低，故B錯誤，
C．該反應為放熱反應，降溫平衡正向移動，NO轉化率增大，故C正確，
D．縮小體積，增大壓強，平衡向體積減小的方向運動，即正向移動，NO轉化率增大，故D正確，
故答案為：CD；
（4）①利用控制變量法分析解答，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響，Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對速率的影響，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反應速率的影響，故目的是：分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，
故答案為：分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律；
②Ⅱ與Ⅰ溫度相同，平衡不移動，平衡濃度相同，但Ⅱ催化劑比表面積增大，達平衡時間短，
Ⅲ與Ⅱ的催化劑比表面積相同，Ⅲ溫度高，溫度升高，不僅達平衡時間縮短，平衡向左移動，使NO的平衡濃度也增大，三個實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖為：
，
故答案為：；
（5）已知CO的燃燒熱為284kJ/mol，則：2CO（g）+O₂?2CO₂（g）△H=-568kJ/mol ①
又知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ/mol ②
根據蓋斯定律，①-②可得：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g），則△H=-568kJ/mol-180kJ/mol=-748kJ/mol，
故答案為：-748kJ/mol．

點評 本題考查化學平衡的計算、化學平衡常數、平衡移動影響因素、影響速率因素探究實驗、蓋斯定律應用等，（4）中注意利用控制變量法分析解答，需要學生熟練掌握基礎知識．