Question

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）=

 

．
（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）	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				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

考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）发生反应2NO+2CO?2CO₂+N₂，该反应为气体减少，△S＜0非自发，由△G=△H-T△S可知，该反应一定为放热才有可能自发；
（2）根据v=

△c

△t

计算v（NO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
（3）由表中数据可知，4s时反应到达平衡状态，平衡时c（NO）=1.00×10^-4mol/L，故△c（NO）=1.00×10^-3mol/L-1.00×10^-4mol/L=9×10^-4mol/L，利用三段式计算出平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；
（4）达到平衡时提高NO转化率，应使平衡向正反应移动，根据平衡移动原理结合选项解答，注意不能只增大NO的浓度；
（5）①目的是研究温度和催化剂的比表面积对反应速率的影响，所以在实验时应保持NO、CO的初始浓度不变，让温度、比表面积其中一个量变化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响，因此可确定Ⅱ中温度为280℃；
②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响，因此可确定Ⅱ中温度为280℃，
Ⅱ、Ⅲ的催化剂比表面积相同，研究的是温度对速率的影响，
Ⅰ、Ⅲ催化剂的比表面积不同，温度不同，研究温度、催化剂的比表面积对反应速率的影响，
绘图时，要注意达平衡的时间、平衡浓度的相对大小：
Ⅱ与Ⅰ温度相同，平衡不移动，平衡浓度相同，但Ⅱ催化剂比表面积增大，达平衡时间短；
Ⅲ与Ⅱ的催化剂比表面积相同，Ⅲ温度高，温度升高，不仅达平衡时间缩短，平衡向左移动，使NO的平衡浓度也增大．

解答： 解：（1）发生反应2NO+2CO?2CO₂+N₂，该反应为气体减少，△S＜0非自发，由△G=△H-T△S可知，该反应一定为放热才有可能自发，即△H＜0，
故答案为：＜；
（2）v（NO）=

1×10-3mol/L-2.5×10-4mol/L

2s

=3.75×10^-4mol/（L?s），速率之比等于化学计量数之比，所以v（N₂）=

1

2

v（NO）=

1

2

×3.75×10^-4mol/（L?s）=1.875×10^-4mol/（L?s），
故答案为：1.875×10^-4mol/（L?s）；
（3）由表中数据可知，4s时反应到达平衡状态，平衡时c（NO）=1.00×10^-4mol/L，故△c（NO）=1.00×10^-3mol/L-1.00×10^-4mol/L=9×10^-4mol/L，则：
                     2NO+2CO?2CO₂+N₂，
开始（×10^-4mol/L）：10   36   0   0
变化（×10^-4mol/L）：9     9   9   4.5
平衡（×10^-4mol/L）：1     27  9   4.5
所以该温度下平衡常数k=

(9×10-4)2×4.5×10-4

(1×10-4)2×(27×10-4)2

=5000
故答案为：5000；
（4）A、催化剂不影响平衡的移动，故A错误，
B、该反应放热，升高温度平衡向逆反应移动，NO的转化率降低，故B错误，
C、该反应放热，降温平衡正向移动，NO转化率增大，故C正确，
D、缩小体积，增大压强，平衡向体积减小的方向运动，即正向移动，NO转化率增大，故D正确，
故答案为：CD；
（5）①目的是研究温度和催化剂的比表面积对反应速率的影响，所以在实验时应保持NO、CO的初始浓度不变，让温度、比表面积其中一个量变化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响，因此可确定Ⅱ中温度为280℃，
故答案为：Ⅱ、280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；
Ⅲ、1.20×10^-3；5.80×10^-3；
②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响，
Ⅱ、Ⅲ的催化剂比表面积相同，研究的是温度对速率的影响，
Ⅰ、Ⅲ催化剂的比表面积不同，温度不同，研究温度、催化剂的比表面积对反应速率的影响，
绘图时，要注意达平衡的时间、平衡浓度的相对大小：
Ⅱ与Ⅰ温度相同，平衡不移动，平衡浓度相同，但Ⅱ催化剂比表面积增大，达平衡时间短，
Ⅲ与Ⅱ的催化剂比表面积相同，Ⅲ温度高，温度升高，不仅达平衡时间缩短，平衡向左移动，使NO的平衡浓度也增大，
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为：

故答案为：．

点评：本题考查化学平衡的计算、平衡移动影响因素、影响速率因素探究实验，题目计算量大、阅读量大，是对学生心理素质的考验，难度较大，注意三段式解题法的理解运用，全面掌握基础知识．