Question

超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的NO會(huì)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+2CO 

催化劑

 2CO₂+N₂，為了測(cè)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(cè)得不同時(shí)間的NO和CO濃度如下表：請(qǐng)回答下列問題：

時(shí)間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）	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）	3.60×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3	2.75×10-3	2.70×10-3	2.70×10-3

（1）寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

 

．
（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=

 

．
（3）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“＞”、“＜”、“=”）．
（4）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)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
（5）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時(shí)，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(duì)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，請(qǐng)?jiān)诒砀裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	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 ㎡?g-1
Ⅰ	280	1.2×10-3	5.8×10-3	82
Ⅱ		1.2×10-3		124
Ⅲ	350			124

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）平衡常數(shù)是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積得到表達(dá)式；
（2）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的定義及2s內(nèi)濃度的變化量來計(jì)算解答，先計(jì)算一氧化氮的反應(yīng)速率，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氮?dú)獾姆磻?yīng)速率；
（3）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)能量守恒來分析該反應(yīng)吸熱放熱情況；
（4）能提高NO轉(zhuǎn)化率則化學(xué)平衡正向移動(dòng)，利用影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素來分析；
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)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(shí)比較催化劑比表面積，相同催化劑比表面積時(shí)比較溫度．

解答： 解：（1）化學(xué)方程式如下：2NO+2CO 

催化劑

 2CO₂+N₂，反應(yīng)平衡常數(shù)K=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

，故答案為；

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

；
（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）若1molNO和1molCO的總能量比1molCO₂和0.5molN₂的總能量大，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0是放熱反應(yīng)；
故答案是：＜；
（4）2NO+2CO?2CO₂+N₂反應(yīng)中能提高NO轉(zhuǎn)化率，平衡應(yīng)正向移動(dòng)，但不能增加NO的物質(zhì)的量，
A．選用更有效的催化劑，只能改變反應(yīng)速率，不能改變平衡，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)時(shí)放熱反應(yīng)，升高反應(yīng)體系的溫度，平衡逆向進(jìn)行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率減小，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)時(shí)放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)體系的溫度，平衡正向進(jìn)行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．縮小容器的體積，壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積見效的方向進(jìn)行，平衡正向進(jìn)行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
故選CD；
（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(duì)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(duì)速率的影響；
故答案為：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	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 ㎡?g-1
Ⅰ			5.8×10-3	82
Ⅱ	280		5.80×10-3	124
Ⅲ		1.20×10-3	5.80×10-3	124

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了反應(yīng)速率、反應(yīng)方向、化學(xué)平衡等知識(shí)，并注重考查了學(xué)生對(duì)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(shí)又注重了對(duì)高考熱點(diǎn)的考查，本題難度中等．