Question

【題目】2017年5月5日，中國首架按照國際標(biāo)準(zhǔn)研制，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型客機(jī)C-919在上海浦東機(jī)場首飛，科學(xué)家在實驗室研究利用催化技術(shù)將飛機(jī)尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2，其反應(yīng)為2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。

（1）上述反應(yīng)的熵變ΔS_________(填“>”“<”或“=”，下同)0，該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的ΔH_______0。

（2）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____________。

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

（3）若將1 molNO和2 mol CO通入2 L的恒容密閉容器中，在一定條件下發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)中生成的N2的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化情況如圖1所示。則NO從反應(yīng)開始到平衡時的平均反應(yīng)速率v(NO)=_________，4 min末CO的濃度為_________________。

（4）已知上述反應(yīng)中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系如圖2所示。工業(yè)上催化裝置比較適合的溫度和壓強(qiáng)是____________________。

（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。為了驗證溫度、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)計了以下三組實驗：

實驗編號	T(K)	NO的初始濃度 (mol·L-1)	CO的初始濃度 (mol·L-1)	催化劑的比表面積 (m2·g-1)
I	400	1.20×10-3	3.80×10-3	75
Ⅱ	400	1.20×10-3	3.80×10-3	100
Ⅲ	450	1.20×10-3	3.80×10-3	100

請在圖3中分別畫出上表中實驗Ⅱ、Ⅲ條件下混合氣體中NO的濃度隨時間變化的曲線，并標(biāo)明各條曲線的實驗編號__________。

Answer 1

【答案】 < < CD 0.05 molL-1·min-1 0.8 molL-1 400 K，1 MPa

【解析】（1）正反應(yīng)體積減小，則上述反應(yīng)的熵變ΔS＜0；該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)△G＝△H－T△S＜0可以自發(fā)進(jìn)行可知反應(yīng)的ΔH＜0。（2）A.選用更有效的催化劑不能改變平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)化率不變，A錯誤；B.正反應(yīng)放熱，升高反應(yīng)體系的溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率降低；C. 正反應(yīng)放熱，降低反應(yīng)體系的溫度，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率升高，C正確；D.縮小容器的體積增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率升高，D正確，答案選CD；（3）根據(jù)圖像可知平衡時生成氮氣是0.1mol/L，根據(jù)方程式可知消耗NO是0.2mol/L，則NO從反應(yīng)開始到平衡時的平均反應(yīng)速率v(NO)=0.2mol/L÷4min＝0.05 molL-1·min-1；消耗CO是0.2mol/L，則4 min末CO的濃度為1mol/L－0.2mol/L＝0.8mol/L。（4）根據(jù)圖像可知常壓下轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，相同壓強(qiáng)下400K時的轉(zhuǎn)化率高于500K時的轉(zhuǎn)化率，因此工業(yè)上催化裝置比較適合的溫度和壓強(qiáng)是400 K，1 MPa。（5）催化劑改變反應(yīng)速率，不能改變平衡狀態(tài)，又因為在使用等質(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，且正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，所以圖像為。