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（g）+2CO（g）2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0
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）前2s内的平均反应速率υ（N₂）=

 

，CO的平衡转化率为

 

．（结果均保留两位有效数字）
（2）写出该反应的平衡常数K的表达式

 

．
（3）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
（4）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．某同学设计了三组实验，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	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	124

①以上三组实验的实验目的是

 

．
②请在给出的坐标图中，画出上表中的第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．

（5）已知CO的燃烧热为284kJ/mol，且N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ/mol；则反应2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=

 

．

Answer 1

考点：反应速率的定量表示方法,反应热和焓变,化学平衡常数的含义,物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据化学反应速率V=

△C

△t

结合图表数据分析计算一氧化氮的反应速率，再根据速率之比等于系数之比，求出υ（N₂）；根据转化率α=

C(反应)

C(原来)

×100%计算；
（2）根据平衡常数概念是利用生成物平衡浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
（3）根据提高NO转化率，则化学平衡正向移动，利用影响化学平衡移动的因素来分析；
（4）①根据图象可知：Ⅱ、Ⅱ只改变催化剂比表面积，目的是探究催化剂比表面积对化学反应速率的影响；Ⅱ、Ⅲ只改变温度，目的是探究温度对化学反应速率的影响；
②利用影响化学反应速率及化学平衡的因素来分析、完成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；
（5）先根据燃烧热写出CO的燃烧的热化学方程式，然后根据盖斯定律计算．

解答： 解：（1）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）=1.875×10^-4mol?L^-1?s^-1=1.9×10^-4mol?L^-1?s^-1；平衡时CO的物质的量浓度变化量为3.60×10^-3mol/L-2.70×10^-3mol/L=0.9×10^-3mol/L，CO的转化率为

0.9×10-3mol/L

3.60×10-3mol/L

×100%=25%，
故答案为：1.9×10^-4mol?L^-1?s^-1；25%；
（2）该反应的平衡常数K的表达式该反应的化学平衡常数表达式为K=

C(N2)C 2(CO2)

C2(CO)C2(NO)

，故答案为：

C(N2)C 2(CO2)

C2(CO)C2(NO)

；
（3）由化学反应要提高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向移动，
故答案为：CD；
（4）①Ⅱ、Ⅱ只改变催化剂比表面积，目的是探究催化剂比表面积对化学反应速率的影响；Ⅱ、Ⅲ只改变温度，目的是探究温度对化学反应速率的影响，所以以上三组实验的实验目的是分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，
故答案为：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；
②由于Ⅰ、Ⅱ温度相同，催化剂对平衡移动无影响，化学平衡不移动，但Ⅱ的速率大，所以Ⅱ先达到化学平衡，Ⅰ、Ⅱ达平衡时NO的浓度相同；而Ⅲ的温度高，则反应速率最大且平衡向着逆向移动，即达到化学平衡时c（NO）增大，
故答案为：；
（5）CO的燃烧热为284kJ/mol，则热化学方程式为：
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=一284kJ/mol  ①
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180kJ/mol    ②
利用盖斯定律将①×2-②，可得2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），△H=（-284kJ/mol）×2-（+180kJ/mol）=-748kJ/mol，
故答案为：-748 kJ/mol．

点评：本题主要考查反应速率的计算、转化率的计算、影响化学反应速率、化学平衡的因素、盖斯定律等知识，难度不大，根据所学知识即可完成．