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，其反應(yīng)為：2NO+2CO

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(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的△H

＜

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

1.88×10^-4 mol/（L．s）

．
（3）在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

．使平衡常數(shù)增大的方法是

B

（填寫選項(xiàng)）
A．升高溫度   B．降低溫度     C．增大體系壓強(qiáng)       D．減小體系壓強(qiáng)
E．增大反應(yīng)物濃度    F．減小反應(yīng)物濃度    G．減小生成物濃度  H．選擇新的催化劑
（4）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)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）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(jì)了三組實(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(jì)表中．

實(shí)驗(yàn) 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?jiān)谏媳砜崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)．

Answer 1

分析：（1）反應(yīng)時體積減小的反應(yīng)熵變大于0，依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)為△H-T△S＜0分析；
（2）依據(jù)2s末的物質(zhì)濃度變化結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率的概念計(jì)算得到；
（3）2NO+2CO

催化劑

2CO₂+N₂ 依據(jù)平衡常數(shù)的概念列式；依據(jù)反應(yīng)時放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)增大，需要改變溫度平衡正向進(jìn)行；
（4）提高NO轉(zhuǎn)化率需要改變條件促使平衡正向進(jìn)行結(jié)合平衡移動原理分析選項(xiàng)；
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?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，則應(yīng)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(yīng)2NO+2CO₂=CO₂+N₂中氣體減少，則△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)的△H＜0，故答案為：＜；
（2）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）=

7.5×10-4mol/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(jì)量數(shù)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(jù)平衡常數(shù)的概念得到平衡常數(shù)K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

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

故答案為：

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；B    
（4）由化學(xué)反應(yīng)及提高NO轉(zhuǎn)化率可知，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；
（5）因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應(yīng)控制溫度相同，所有濃度應(yīng)控制相同來驗(yàn)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(yīng)控制相同來驗(yàn)證反應(yīng)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(diǎn)評：本題綜合考查反應(yīng)速率、反應(yīng)方向、化學(xué)平衡等知識，并注重考查了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)化學(xué)的設(shè)計(jì)思路，充分體現(xiàn)了新課程變化，同時又注重了對高考熱點(diǎn)的考查，是較好的一道綜合題．