Question

【題目】目前正研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO2和N2，化學方程式如下：2NO+2CO2CO2+N2+Q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)前2s內的平均反應速率v(N2)=____________；

(2)假設在密閉容器中發(fā)生上述反應，達到平衡時下列措施能提高CO轉化率的是_______；

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

(3)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(guī)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；請在下表空格中填入剩余的實驗條件數(shù)據。

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

(4)請畫出題表中的三個實驗條件下混合氣體中CO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。______________

(5)消除一氧化氮可以用在水的存在下通入氧氣加以除去�，F(xiàn)將標準狀況下的一試管一氧化氮氣體倒置于水中，慢慢通入氧氣，溶液充滿整個試管，若不考慮溶質的擴散，則試管內稀硝酸的濃度為_________mol/L；若繼續(xù)通入氧氣，將試管內溶液排除一半，則剩余稀硝酸的濃度為__________mol/L。

(6)利用氨氣的還原性也可以除去氮氧化合物(NOx)，當氨氣與NOx等物質的量恰好反應生成氮氣和水，則x=_________。

Answer 1

【答案】1.875×10-4 mol/(Ls) CD 280 1.20×10-3 5.80×10-3 1.20×10-3 5.80×10-3 0.045 0.045 1.5

【解析】

(1)依據化學反應速率的概念結合圖表數(shù)據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)提高NO轉化率，平衡正向進行；

(3)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(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；

(4)利用影響化學反應速率及化學平衡的因素來分析圖象，利用影響化學反應速率及化學平衡的因素來分析、完成實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖；

(5)據原子守恒，NO的物質的量與硝酸的物質的量相同，假設試管體積為V L，可以求算出NO氣體的物質的量；充入氧氣排出體積的溶液，剩余溶液濃度不變；

(6)依據氧化還原反應中得失電子守恒解答。

(1)前2s內的平均反應速度v(NO)==3.75×10-4 mol/(Ls)，由于用不同物質表示的化學反應速率，速率比等于化學計量數(shù)的比，v(N2)：v(NO)=1：2，可得到v(N2)=1.875×10-4 mol/(Ls)；

(2)對于反應2NO+2CO2CO2+N2，該反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應。

A. 選用更有效的催化劑，只能改變反應速率，不能改變平衡，A錯誤；

B. 反應是放熱反應，升高反應體系的溫度，化學平衡逆向進行，CO的轉化率減小，B錯誤；

C. 反應是放熱反應，降低反應體系的溫度，平衡正向進行，CO轉化率增大，C正確；

D. 縮小容器的體積，壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向進行，平衡正向進行，CO轉化率增大，D正確；

故合理選項是CD；

(3)因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應控制溫度相同，所有物質的濃度應控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響；故反應條件：溫度T=280℃；c(NO)= 1.20×10-3 mol/L；c(CO)=5.80×10-3 mol/L；

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；，

故反應條件：c(NO)= 1.20×10-3 mol/L；c(CO)=5.80×10-3 mol/L；

(4)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，NO起始濃度為1.20×10-3 mol/L；Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ的起始濃度相同，Ⅲ催化劑的比表面積等于Ⅱ大于Ⅰ，溫度高于Ⅰ和Ⅱ，反應放熱，升溫時NO轉化率降低，達到平衡所用時間短，所以表中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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為：；

(5)據原子守恒，NO的物質的量與硝酸的物質的量相同，假設試管體積為V L，則n(NO)=n(HNO3)= mol，溶液充滿整個試管，則硝酸溶液的體積為V L，則硝酸溶液的濃度c(HNO3)= mol/L=0.45 mol/L；充入氧氣排出體積的溶液，剩余溶液濃度不變，故剩余溶液的濃度為0.045 mol/L；

(6)假設有氨氣1 mol，氨氣與NOx等物質的量恰好反應生成N2和水，則1 mol氨氣失去電子1.5 mol，據氧化還原反應中電子守恒，1 mol NOx得電子1.5 mol，所以x=1.5。