Question

超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO₂和N₂，化学方程式如下：

2NO+2CO2CO₂+N₂

为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：

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

请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：

(1)在上述条件下反应能够自发进行，则反应的ΔH________0(填写“＞”、“＜”、“＝”)。

(2)前2 s内的平均反应速率v(N₂)=________。

(3)在该温度下，反应的平衡常数K=________。

(4)假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是________。

A.选用更有效的催化剂                            B.升高反应体系的温度

C.降低反应体系的温度                            D.缩小容器的体积

(5)研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。

实验编号	T/℃	NO初始浓度/ mol·L-1	CO初始浓度/mol·L-1	催化剂的比表面积/ m2·g-1
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ				124
Ⅲ	350			124

①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。

②请在给出的坐标图中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线的实验编号。

 

Answer 1

（1）＜ (2)1.88×10^-4 mol·（L·s）^-1

（3）5 000

（4）CD （5）①Ⅱ.280 1.20×10^-3 5.80×10^-3 Ⅲ.1.20×10^-3 5.80×10^-3

②如下图：

解析：本题考查化学反应速率和化学平衡的知识内容。（1）能自发进行的反应一般是放热反应，故ΔH＜0。（2）先算出NO或CO前2 s内表示的反应速率，再转化成用N₂表示的反应速率。（3）注意是4 s后浓度不变，达到平衡，先算好平衡状态时各物质的“平衡浓度”，再计算出其平衡常数K的数值。（4）A项：催化剂不能使平衡移动，故不影响NO的转化率。

B、C项：第（1）问中说明该反应是放热反应，故降低温度有利于提高NO的转化率，C对。

D项：正反应是气体体积减小的反应，增大压强有利于提高NO的转化率，D也对。（5）表格中的关键信息是“初始浓度”，Ⅱ与Ⅲ中的当然应该与Ⅰ相一致了。另外要理解Ⅰ与Ⅱ实验对比，是研究催化剂比表面积的，温度应该一致。Ⅱ与Ⅲ实验是对比温度的影响，这在画②问曲线时尤其要注意。