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，其反应为：2NO+2CO

催化剂

2CO₂+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	3	4	5
c（NO）（mol/L）	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）	3.60×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3	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△H

＜

0（填写“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s内的平均反应速率υ（N₂）=

1.88×10^-4 mol/（L．s）

．
（3）在该温度下，反应的平衡常数表达式K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

．使平衡常数增大的方法是

B

（填写选项）
A．升高温度   B．降低温度     C．增大体系压强       D．减小体系压强
E．增大反应物浓度    F．减小反应物浓度    G．减小生成物浓度  H．选择新的催化剂
（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

CD

．
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）	CO初始浓度 （mol/L）	催化剂的比表面积（m2/g）
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	280	1.20×10-3	1.20×10-3	124
Ⅲ	350	5.80×10-3	5.80×10-3	124

请在上表空格中填入剩余的实验条件数据．

Answer 1

分析：（1）反应时体积减小的反应熵变大于0，依据反应自发进行的判断依据为△H-T△S＜0分析；
（2）依据2s末的物质浓度变化结合化学反应速率的概念计算得到；
（3）2NO+2CO

催化剂

2CO₂+N₂ 依据平衡常数的概念列式；依据反应时放热反应，平衡常数增大，需要改变温度平衡正向进行；
（4）提高NO转化率需要改变条件促使平衡正向进行结合平衡移动原理分析选项；
（5）根据实验目的验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，则应保证浓度相同，然后相同温度时比较催化剂比表面积，相同催化剂比表面积时比较温度；

解答：（1）因该反应2NO+2CO₂=CO₂+N₂中气体减少，则△S＜0，由反应能够自发进行，则△H-T△S＜0，即该反应一定是放热才有可能自发进行，放热反应的△H＜0，故答案为：＜；
（2）由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为1.00×10^-3-2.50×10^-4=7.50×10^-4，则υ（NO）=

7.5×10-4mol/L

2s

=3.75×10^-4mol?L^-1?s^-1；
由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则
υ（N₂）=

1

2

υ（NO）≈1.88×10^-4mol?L-1?s^-1，故答案为：1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1；
（3）2NO+2CO

催化剂

2CO₂+N₂ 依据平衡常数的概念得到平衡常数K=

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；
反应时放热反应，使平衡常数增大的方法是；
A．升高温度平衡逆向进行，平衡常数减小，故A不符合；   
B．降低温度，反应正向进行，平衡常数增大，故B符合；
C．增大体系压强，平衡正向进行，平衡常数随温度变化，温度不变平衡常数不变，故C不符合；      
D．减小体系压强，平衡逆向进行，平衡常数随温度变化，温度不变平衡常数不变，故D不符合； 
E．增大反应物浓度，平衡正向进行，平衡常数随温度变化，温度不变平衡常数不变，故E不符合；
F．减小反应物浓度，平衡逆向进行，平衡常数随温度变化，温度不变平衡常数不变，故F不符合；
G．减小生成物浓度，平衡正向进行，平衡常数随温度变化，温度不变平衡常数不变，故G不符合；
H．选择新的催化剂不影响平衡，平衡常数不变，故H不符合；

故答案为：

c(N2)c2(CO2)

c2(NO)c2(CO)

；B    
（4）由化学反应及提高NO转化率可知，应使化学平衡正向移动，催化剂不能影响平衡移动，该反应放热，则升高温度逆向移动，缩小容器的体积相当于加压，则加压、降温使该反应平衡正移，
故答案为：C、D；
（5）因Ⅰ、Ⅱ比表面积不同，则应控制温度相同，所有浓度应控制相同来验证催化剂比表面积对速率的影响；Ⅱ、Ⅲ比表面积相同，温度不同，则所有浓度应控制相同来验证反应温度对速率的影响；故答案为：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；1.20×10^-3；5.80×10^-3；

点评：本题综合考查反应速率、反应方向、化学平衡等知识，并注重考查了学生对实验化学的设计思路，充分体现了新课程变化，同时又注重了对高考热点的考查，是较好的一道综合题．