Question

2．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，其反應為：2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．
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(nèi)的平均反應速率v（N₂）=1.88×10^-4mol•L^-1•S^-1．
（2）在該溫度下，反應的平衡常數(shù)K=5000 L•mol^-1．
（3）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率．為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)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				124
Ⅲ	350			124

①請在上表空格中填入剩余的實驗條件數(shù)據(jù)．
②請在給出的坐標圖中，畫出上表中的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，并標明各條曲線的實驗編號．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)化學反應速率的概念結合圖表數(shù)據(jù)分析計算一氧化氮的反應速率，結合速率之比等于系數(shù)之比；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)概念是利用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積；
（3）①根據(jù)實驗目的驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，則應保證濃度相同，然后相同溫度時比較催化劑比表面積，相同催化劑比、表面積時比較溫度；
②Ⅰ、Ⅱ溫度相同，平衡不移動，但Ⅱ的速率大；Ⅲ的溫度高，速率最大且平衡逆移，c（NO）增大．

解答 解：（1）前2s內(nèi)的平均反應速度v（NO）=3.75×10^-4mol/L•s：v（N₂）：v（NO）=1：2得到v（N₂）=1.88×10^-4mol/（L•s），
故答案為：1.875×10^-4mol/（L•s）；
（2）依據(jù)化學平衡三段式列式計算，
                    2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂
起始量（mol/L） 10×10^-4 3.6×10^-3  0    0
變化量（mol/L） 9×10^-4 9×10^-4   9×10^-4 4.5×10^-4
平衡量（mol/L） 1×10^-4 2.7×10^-3 9×10^-4 4.5×10^-4
反應平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{（9×1{0}^{-4}）^{2}×4.5×1{0}^{-4}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}×（2.7×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000 L•mol^-1；
故答案為：5000 L•mol^-1；
（3）①因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應控制溫度相同，所有濃度應控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響；
I、Ⅲ比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應控制相同來驗證反應溫度對速率的影響，
故答案為：

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

②因Ⅰ、Ⅱ溫度相同，催化劑對平衡移動無影響，則平衡不移動，但Ⅱ的速率大，則Ⅱ先達到化學平衡，Ⅰ、Ⅱ達平衡時NO的濃度相同；
而Ⅲ的溫度高，則反應速率最大且平衡逆移，即達到化學平衡時c（NO）增大，圖象為，
故答案為：．

點評 本題綜合考查反應速率、反應方向、化學平衡等知識，并注重考查了學生對實驗化學的設計思路，充分體現(xiàn)了新課程變化，同時又注重了對高考熱點的考查，是較好的一道綜合題．