Question

8．目前，汽車廠商常利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉化成CO₂和N₂，化學方程式如下：2NO+2CO$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂+N₂．為研究如何提高該轉化過程反應速率，某課題組進行了以下實驗探究．
【資料查閱】①不同的催化劑對同一反應的催化效率不同；
②使用相同的催化劑，當催化劑質(zhì)量相等時，催化劑的比表面積對催化效率有影響．
【實驗設計】課題組為探究某些外界條件對汽車尾氣轉化反應速率的影響規(guī)律，設計了以下對比實驗．
（1）完成以下實驗設計表（表中不要留空格）．

實驗編號	實驗目的	T/℃	NO初始濃度 mol/L	CO初始濃度 mol/L	同種催化劑的比表面積m2/g
Ⅰ	為以下實驗作參照	280	6.50×10-3	4.00×10-3	80
Ⅱ			6.50×10-3		120
Ⅲ	探究溫度對尾氣轉化速率的影響	360	6.50×10-3	4.00×10-3	80

【圖象分析與結論】利用氣體傳感器測定了三組實驗中CO濃度隨時間變化的曲線圖，如圖：
（2）計算第Ⅰ組實驗中，達平衡時NO的濃度為3.50×10^-3mol/L；
（3）由曲線Ⅰ、Ⅱ可知，增大催化劑比表面積，汽車尾氣轉化速率增大（填“增大”、“減小”、“無影響”）．
（II）隨著世界糧食需求量的增長，農(nóng)業(yè)對化學肥料的需求量越來越大，其中氮肥是需求量最大的一種化肥．而氨的合成為氮肥的生產(chǎn)工業(yè)奠定了基礎，其原理為：N₂+3H₂?2NH₃
（1）在N₂+3H₂?2NH₃的反應中，一段時間后，NH₃的濃度增加了0.9mol•L^-1．用N₂表示其反應速率為0.15mol•L^-1•s^-1，則所經(jīng)過的時間為B；
A．2s         B．3s         C．4s          D．6s
（2）下列4個數(shù)據(jù)是在不同條件下測得的合成氨反應的速率，其中反應最快的是D；
A．v（H₂）=0.1mol•L^-1•min^-1          B．v（N₂）=0.1mol•L^-1•min^-1
C．v（NH₃）=0.15mol•L^-1•min^-1        D．v（N₂）=0.002mol•L^-1•s^-1．

Answer 1

分析 （I）（1）實驗目的是：探究某些外界條件對汽車尾氣轉化反應速率的影響規(guī)律，應采取控制變量法進行研究，實驗I、Ⅱ催化劑比表面積不同，其它條件相同；
（2）由方程式可知△c（CO）=△c（NO），平衡時NO濃度=NO起始濃度-NO濃度變化量；
（3）由曲線Ⅰ、Ⅱ可知，增大催化劑比表面積，縮短到達平衡的時間，汽車尾氣轉化速率增大；
（II）（1）利用速率之比等于化學計量數(shù)之比，根據(jù)N₂表示的平均反應速率v（N₂）計算速率v（NH₃），再根據(jù)速率定義計算反應時間；
（2）同一化學反應中，同一時間段內(nèi)，各物質(zhì)的反應速率之比等于其計量數(shù)之比，先把不同物質(zhì)的反應速率換算成同一物質(zhì)的反應速率進行比較，注意單位保持一致．

解答 解：（I）（1）實驗目的是：探究某些外界條件對汽車尾氣轉化反應速率的影響規(guī)律，應采取控制變量法進行研究，實驗I、Ⅱ催化劑比表面積不同，其它條件要相同，是探究催化劑比表面積對尾氣轉化速率的影響，故Ⅱ中的溫度為280℃，CO的初始濃度為4.00×10^-3mol/L，
故答案為：

實驗編號	實驗目的	T/℃	NO初始濃度 mol/L	CO初始濃度 mol/L	同種催化劑的比表面積m2/g
Ⅰ
Ⅱ	探究催化劑比表面積對尾氣轉化速率的影響	280		4.00×10-3
Ⅲ

（2）由方程式可知△c（NO）=△c（CO）=4.00×10^-3mol/L-1.00×10^-3mol/L=3.00×10^-3mol/L，故平衡時NO濃度=6.5×10^-3mol/L-3.00×10^-3mol/L=3.5×10^-3mol/L，
故答案為：3.5×10^-3mol/L；
（3）由曲線Ⅰ、Ⅱ可知，增大催化劑比表面積，縮短到達平衡的時間，汽車尾氣轉化速率增大，
故答案為：增大；
（II）（1）由于v（N₂）=0.15mol/（L•s），速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以v（NH₃）=2v（N₂）=2×0.15mol/（L•s）=0.3mol/（L•s），所以反應所經(jīng)歷的時間為 $\frac{0.9mol•{L}^{-1}}{0.3mol•{L}^{-1}•{s}^{-1}}$=3s，
故答案為：B；
（2）反應為N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高溫、高壓}$ 2NH₃（g），以氫氣的反應速率為標準進行判斷：
A．v（H₂）=0.1mol•L^-1•min^-1；
B．v（N₂）=0.1mol•L^-1•min^-1，反應速率之比等于其計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（N₂）=0.3mol•L^-1•min^-1；
C．v（NH₃）=0.15mol•L^-1•min^-1，反應速率之比等于其計量數(shù)之比，所以v（H₂）=$\frac{3}{2}$v（NH₃）=0.225mol/（L•min）；
D．v（N₂）=0.002mol•L^-1•s^-1=0.12mol•L^-1•min^-1，反應速率之比等于其計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（N₂）=0.36mol/（L•min），所以反應速率最快的是D，
故選D．

點評 本題考查化學平衡計算、外界條件對反應速率的影響、化學反應速率計算、反應速率快慢比較等，I中注意利用控制變量法分析解答，反應速率快慢比較還可用速率與其化學計量數(shù)的比值大小判斷，比值越大，表示反應速率越快，難度中等．