Question

16．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(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+2CO$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂+N₂
為了測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得不同時間的NO 和CO 濃度如下表：

時間/s	0	1	2	3	4	5
-c（NO）/mol•L -1	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-1	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）寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（{N}_{2}）•c^2（C{O}_{2}）}{c^2（NO）•c^2（CO）}$．
（2）前2s 內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=3.75×10^-4mol/L•s．
（3）在上述條件下反應(yīng)能夠自發(fā)進行，則反應(yīng)的△H＜0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（4）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達到平衡時下列措施能提高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
（5）在溫度和體積保持不變的條件下，能夠說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的標志是D．
A．反應(yīng)混合物各組分物質(zhì)的量濃度相等 B．NO、CO、CO₂、N₂分子數(shù)之比為2：2：2：1
C．混合氣體的密度保持不變          D．單位時間內(nèi)消耗1molNO 的同時，就有1molCO 生成．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積之比列式；
（2）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的概念結(jié)合圖表數(shù)據(jù)分析計算一氧化氮的反應(yīng)速率，結(jié)合速率之比等于系數(shù)之比；
（3）依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0分析判斷；
（4）提高NO轉(zhuǎn)化率，則要求平衡正向進行；
（5）化學(xué)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，以此解答．

解答 解：（1）反應(yīng)2NO+2CO$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂+N₂，則K=$\frac{c（N2）•c（CO2）^2}{c^2（NO）•c^2（CO）}$；
故答案為：$\frac{c（{N}_{2}）•c（^2C{O}_{2}）}{c^2（NO）•c^2（CO）}$；
（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速度v（NO）=$\frac{1.00×1{0}^{-3}-2.50×1{0}^{-4}}{2s}$=3.75×10^-4mol/L•s，v（CO₂））：v（NO）=1：1，v（CO₂）=3.75×10^-4mol/L•s；
故答案為：3.75×10^-4mol/L•s；
（3）2NO+2CO?2CO₂+N₂  反應(yīng)的氣體體積減小，則△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進行△H-T△S＜0，則反應(yīng)焓變一定小于0，△H＜0，反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
故答案為：＜；
（4）A．選用更有效的催化劑，只能改變反應(yīng)速率，不能改變平衡，故A錯誤；
B．反應(yīng)時放熱反應(yīng)，升高反應(yīng)體系的溫度，平衡逆向進行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C．反應(yīng)時放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)體系的溫度，平衡正向進行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．縮小容器的體積，壓強增大，平衡向氣體體積見效的方向進行，平衡正向進行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
故選CD；
（5）A．當反應(yīng)物和生成物濃度不再變化時，達到平衡狀態(tài)，反應(yīng)混合物各組分物質(zhì)的量濃度是否相等與初始量和轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故A錯誤；
B．NO、CO、CO₂、N₂分子數(shù)之比初始量和轉(zhuǎn)化率有關(guān)，不一定是2：2：2：1，故B錯誤；
C．混合氣體的體積不變，質(zhì)量守恒，所以密度始終保持不變，所以不能判斷平衡，故C錯誤；
D．單位時間內(nèi)消耗1molNO為正速率，有1mol CO生成為逆速率，而且正逆速率之比等于計量數(shù)之比，所以是平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D．

點評 本題考查了反應(yīng)能量變化的分析判斷，主要是化學(xué)平衡的影響因素分析應(yīng)用，平衡常數(shù)計算，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．