Question

超音速飛機(jī)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 + 2 CO2CO₂ + 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：（以下各題均不考慮溫度變化對催化效率的影響）：
（1）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速度v (N₂)＝               。
（2）在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝               ；若升高溫度時K值變小，則該反應(yīng)的ΔH   0(填寫“＞”、“＜”、“＝”)。
（3）若在容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)平衡后，下列措施能提高NO轉(zhuǎn)化率的是            
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，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。為了分別驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計了三組對比實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計表中。請在下面設(shè)計表的空格中填入剩余的實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)編號	T / ℃	NO初始濃度 ( mol·L—1 )	CO初始濃度 ( mol·L—1 )	催化劑的比表面積 ( m2·g—1 )
Ⅰ	280	1.20 × 10—3	5.80 × 10—3	82
Ⅱ				124
Ⅲ	350			124

 

Answer 1

（1）1.875×10^—4 mol/(L·s) ………（3分，單位不寫扣1分）
（2）5000 ………（2分）    ＜ ………（2分）
（3）C、D ………（2分）
（4）① Ⅱ:     280    1.20×10^—3    5.80×10^—3   ……（各1分）
Ⅲ：1.2×10^—3     5.80×10^—3    ……（各1分）

解析試題分析：（1）由表格中的數(shù)據(jù)可知2s內(nèi)NO濃度的變化量為1.00×10^-3-2.50×10^-4＝7.50×10^-4，則υ（NO）＝7.50×10^-4mol/L÷2s＝3.75×10^-4mol?L^-1?s^-1；由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則υ（N₂）＝υ（NO）＝1.875×10^-4mol?L^-1?s^-1。
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)進(jìn)行到4s時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時NO和CO的濃度分別為1.00×10^—4 mol/L、2.70×10^—3mol/L，生成CO₂和氮?dú)獾臐舛确謩e為1.00×10^—3mol/L－1.00×10^—4 mol/L＝9.00×10^—4 mol/L、（1.00×10^—3mol/L－1.00×10^—4 mol/L）×＝4.5×10^—4 mol/L，所以該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝5000；因該反應(yīng)2NO + 2 CO2CO₂ + N₂中氣體體積減少，△S＜0，由反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則△H-T△S＜0，即該反應(yīng)一定是放熱才有可能自發(fā)進(jìn)行，放熱反應(yīng)中△H＜0。
（3）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式可知，正方應(yīng)是體積減小的、放熱可逆反應(yīng)。要提高NO轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使化學(xué)平衡正向移動，催化劑不能影響平衡移動，該反應(yīng)放熱，則升高溫度逆向移動，縮小容器的體積相當(dāng)于加壓，則加壓、降溫使該反應(yīng)平衡正移，故答案為：C、D；
（4）該實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，所以Ⅰ、Ⅱ是只改變催化劑表面積，Ⅱ、Ⅲ只改變溫度，則物質(zhì)的濃度數(shù)據(jù)相同，只有溫度、接觸面積兩個變量，故答案為：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；1.20×10^-3；5.80×10^-3。
考點(diǎn)：考查反應(yīng)速率、反應(yīng)方向、化學(xué)平衡、影響化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)驗(yàn)探究等知識