Question

汽車尾氣中的主要污染物是NO以及燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的CO．為了減輕大氣污染，人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣：
2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H=a kJ?mol^-1．
為了測定在某種催化劑作用下該反應的反應速率，t₁℃下，在一等容的密閉容器中，某科研機構用氣體傳感器測得了不同時間的NO和CO的濃度如表1（CO₂和N₂的起始濃度為0）．
表1

時間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/×10-4mol?L-1	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）/×10-3mol?L-1	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

回答下列問題：
（1）在上述條件下該反應能自發(fā)進行，則正反應必然是

 

反應（填“放熱”或“吸熱”）．
（2）前3s內(nèi)的平均反應速率v（N₂）=

 

；t₁℃時該反應的平衡常數(shù)K=

 

．
（3）假設在密閉容器中發(fā)生上述反應，達到平衡時改變下列條件，能提高NO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
（4）研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑的比表面積可提高化學反應速率．根據(jù)表2設計的實驗測得混合氣體中NO的濃度隨時間t變化的趨勢如圖1所示：

實驗編號	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
①	350	1.20×10-2	5.80×10-2	124
②	280	1.20×10-2	5.80×10-2	124
③	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82

則曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應的實驗編號依次為

 

．
（5）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180.5kJ?mol^-1   
 2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221.0kJ?mol^-1
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-393.5kJ?mol^-1
則處理汽車尾氣反應中的a=

 

．
（6）用活性炭還原法也可以處理氮氧化物，有關反應為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H₄．向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，在t₂℃下反應，
有關數(shù)據(jù)如表3．

	NO	N2	CO
起始濃度mol．L-1	0.10	0	0
平衡濃度/mol．L-1	0.04	0.03	0.03

平衡后升高溫度，再次達到平衡測得容器中NO、N₂、CO₂的濃度之比為5：3：3，則△H₄

 

O（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)△G=△H-T?△S＜0能自發(fā)進行判斷；
（2）計算出NO的反應速率，根據(jù)反應速率與化學計量數(shù)的關系可計算v（N₂），計算出平衡時各物質的濃度，可計算平衡常數(shù)；
（3）能提高NO轉化率，應使平衡向正向移動，結合溫度、濃度等外界條件對平衡移動的影響解答；
（4）利用影響化學反應速率及化學平衡的因素來分析；
（5）利用蓋斯定律計算反應熱；
（6）由濃度的比值關系可知，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應．

解答：解：（1）由反應能夠自發(fā)進行，則△H-T△S＜0，由方程式可知△S＜0，則只有該反應的△H＜0時，即該反應一定是放熱才有可能自發(fā)進行，故答案為：放熱；
（2）前3s內(nèi)的平均反應速率v（N₂）=

1

2

v（N0）=

1

2

×

10.0×10-4mol/L-1.50×10-4mol/L

3s

=1.42×10^-4 mol?L^-1?S^-1，
由表格中的數(shù)據(jù)可知到4s時達到化學平衡，則
          2NO+2CO

催化劑  .

2CO₂+N₂，
開始1.00×10^-3 3.60×10^-3    0   0
轉化9×10^-4 9×10^-4 9×10^-4 4.50×10^-4
平衡1.00×10^-4 2.70×10^-3 9×10^-4 4.50×10^-4
則 K=

(4.50×10-4)?(9×10-4)2

(1.00×10-4)?(2.7×10-3)2

=5000，
故答案為：1.42×10^-4 mol?L^-1?S^-1；5000（mol?L^-1 ）^-1；
（3）A．選用更有效的催化劑，不能使平衡發(fā)生移動，故A錯誤；
B．升高反應體系的溫度，因反應放熱，則平衡逆向移動，轉化率減小，故B錯誤；
C．降低反應體系的溫度，平衡正向移動，轉化率增大，故C正確；
D．縮小容器的體積，平衡正向移動，轉化率增大，故D正確，
故答案為：CD；
（4）由于②、③溫度相同，催化劑對平衡移動無影響，化學平衡不移動，達到相同的平衡狀態(tài)，但②的起始濃度較大，催化劑的比表面積較大，則反應的速率大，所以②先達到化學平衡，則Ⅰ為③，Ⅱ為②的圖象，而①的溫度高，則反應速率最大且平衡向著逆向移動，即達到化學平衡時c（NO）增大，則①對應Ⅲ圖象，
故答案為：③②①；
（5）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180.5kJ?mol^-1
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221.0kJ?mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-393.5kJ?mol^-1，
將③×2-①-②可得2NO（g）+2CO（g）

催化劑

2CO₂（g）+N₂（g）△H=2×（-393.5kJ?mol^-1）-（-221.0kJ?mol^-1）-（+180.5kJ?mol^-1）=-746.5kJ?mol^-1，
故答案為：-746.5；
（6）由濃度的比值關系可知，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，故答案為：＜．

點評：本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應用、平衡移動的影響以及相關計算，側重于學生的分析能力、計算能力的考查，為高考常見題型，難度較大．