Question

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

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）在上述條件下反應能夠自發進行，則反應的△H

＜

0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s內的平均反應速率υ（N₂）=

1.88×10^-4 mol/（L．s）

．
（3）在該溫度下，反應的平衡常數表達式K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

．使平衡常數增大的方法是

B

（填寫選項）
A．升高溫度   B．降低溫度     C．增大體系壓強       D．減小體系壓強
E．增大反應物濃度    F．減小反應物濃度    G．減小生成物濃度  H．選擇新的催化劑
（4）假設在密閉容器中發生上述反應，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
（5）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．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律，某同學設計了三組實驗，部分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	1.20×10-3	124
Ⅲ	350	5.80×10-3	5.80×10-3	124

請在上表空格中填入剩余的實驗條件數據．

Answer 1

分析：（1）反應時體積減小的反應熵變大于0，依據反應自發進行的判斷依據為△H-T△S＜0分析；
（2）依據2s末的物質濃度變化結合化學反應速率的概念計算得到；
（3）2NO+2CO

催化劑

2CO₂+N₂ 依據平衡常數的概念列式；依據反應時放熱反應，平衡常數增大，需要改變溫度平衡正向進行；
（4）提高NO轉化率需要改變條件促使平衡正向進行結合平衡移動原理分析選項；
（5）根據實驗目的驗證溫度、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；

解答：（1）因該反應2NO+2CO₂=CO₂+N₂中氣體減少，則△S＜0，由反應能夠自發進行，則△H-T△S＜0，即該反應一定是放熱才有可能自發進行，放熱反應的△H＜0，故答案為：＜；
（2）由表格中的數據可知2s內NO濃度的變化量為1.00×10^-3-2.50×10^-4=7.50×10^-4，則υ（NO）=

7.5×10-4mol/L

2s

=3.75×10^-4mol?L^-1?s^-1；
由化學反應速率之比等于化學計量數之比，則
υ（N₂）=

1

2

υ（NO）≈1.88×10^-4mol?L-1?s^-1，故答案為：1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1；
（3）2NO+2CO

催化劑

2CO₂+N₂ 依據平衡常數的概念得到平衡常數K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；
反應時放熱反應，使平衡常數增大的方法是；
A．升高溫度平衡逆向進行，平衡常數減小，故A不符合；   
B．降低溫度，反應正向進行，平衡常數增大，故B符合；
C．增大體系壓強，平衡正向進行，平衡常數隨溫度變化，溫度不變平衡常數不變，故C不符合；      
D．減小體系壓強，平衡逆向進行，平衡常數隨溫度變化，溫度不變平衡常數不變，故D不符合； 
E．增大反應物濃度，平衡正向進行，平衡常數隨溫度變化，溫度不變平衡常數不變，故E不符合；
F．減小反應物濃度，平衡逆向進行，平衡常數隨溫度變化，溫度不變平衡常數不變，故F不符合；
G．減小生成物濃度，平衡正向進行，平衡常數隨溫度變化，溫度不變平衡常數不變，故G不符合；
H．選擇新的催化劑不影響平衡，平衡常數不變，故H不符合；

故答案為：

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；B    
（4）由化學反應及提高NO轉化率可知，應使化學平衡正向移動，催化劑不能影響平衡移動，該反應放熱，則升高溫度逆向移動，縮小容器的體積相當于加壓，則加壓、降溫使該反應平衡正移，
故答案為：C、D；
（5）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；Ⅱ、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：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；1.20×10^-3；5.80×10^-3；

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．