Question

11．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，化學(xué)方程式如下：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
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）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（N₂）=1.875×10^-4mol/（L•s），CO的平衡轉(zhuǎn)化率為25%．（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）
（2）寫(xiě)出該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）．c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）．{c}^{2}（CO）}$．
（3）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CD．
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
（4）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．某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，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	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(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖欠謩e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．
②請(qǐng)?jiān)诮o出的坐標(biāo)圖中，畫(huà)出上表中的第三個(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(xiàn)圖．

Answer 1

分析 （1）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（CO）=$\frac{（3.60-2.85）×1{0}^{-3}mol/L}{2s}$=0.375mol/（L．s），根據(jù)同一段時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比計(jì)算υ（N₂）；
參加反應(yīng)的c（CO）=（3.60-2.70）×10^-3mol/L，CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的c（CO）}{反應(yīng)初始c（CO）}$×100%；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
（3）該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，增大壓強(qiáng)、降低溫度、增大NO濃度、減小生成物濃度都能增大CO轉(zhuǎn)化率；
（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(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；
②繪圖時(shí)，要注意達(dá)平衡的時(shí)間、平衡濃度的相對(duì)大�。孩蚺cⅠ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．

解答 解：（1）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（CO）=$\frac{（3.60-2.85）×1{0}^{-3}mol/L}{2s}$=0.375 mol/（L．s），根據(jù)同一段時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比得υ（N₂）=$\frac{1}{2}$υ（CO）=$\frac{1}{2}$×0.375 mol/（L．s）=1.875×10^-4mol/（L•s），
參加反應(yīng)的c（CO）=（3.60-2.70）×10^-3mol/L，CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的c（CO）}{反應(yīng)初始c（CO）}$×100%=$\frac{（3.60-2.70）×1{0}^{-3}mol/L}{3.60×1{0}^{-3}mol/L}×100%$=25%；
故答案為：1.875×10^-4mol/（L•s）；25%；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，則K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）．c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）．{c}^{2}（CO）}$，
故答案為：K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）．c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）．{c}^{2}（CO）}$；
（3）A．選用更有效的催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)，則不能提高CO轉(zhuǎn)化率，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CO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CO轉(zhuǎn)化率，故C正確；
D．縮小容器的體積，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，提高CO轉(zhuǎn)化率，故D正確；
故選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(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，故目的是：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，
故答案為：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；
②Ⅱ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(xiàn)圖為：
，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)影響因素、影響速率因素探究實(shí)驗(yàn)等，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷計(jì)算能力，（4）中注意利用控制變量法分析解答，題目難度中等．