Question

9．超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的NO會(huì)破壞臭氧層．科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO₂和N₂的化學(xué)方程式如下：2NO+2CO$\stackrel{催化劑}{→}$2CO₂+N₂
為了測(cè)定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，在某溫度下用氣體傳感器測(cè)得不同時(shí)間的NO和CO濃度如表：

時(shí)間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/mol•L-1	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-1	3.60×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3	2.75×10-3	2.70×10-3	2.70×10-3

請(qǐng)回答：以下各題（均不考慮溫度變化對(duì)催化效率的影響）：
（1）在上述條件下反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的△H＜0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速度v（N₂）=1.875×10^-4mol/L•s．
（3）假設(shè)在容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)下列能提高NO轉(zhuǎn)化率的是CD．
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
（4）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時(shí)，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．為了分別驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/℃	NO初始濃度/ mol•L-1	CO初始濃度/ mol•L-1	催化劑的比表面積/m2•g-1
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ				124
Ⅲ	350			124

①請(qǐng)?jiān)诳崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)．
②請(qǐng)?jiān)诮o出的坐標(biāo)圖中，畫出上表中的Ⅱ、Ⅲ兩個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中NO濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)曲線圖，并標(biāo)明各條曲線的實(shí)驗(yàn)編號(hào)．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0分析判斷；
（2）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的概念結(jié)合圖表數(shù)據(jù)分析計(jì)算一氧化氮的反應(yīng)速率，結(jié)合速率之比等于系數(shù)之比；
（3）提高NO轉(zhuǎn)化率．平衡正向進(jìn)行；
（4）①該實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，所以實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ是只改變催化劑表面積，實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ只改變溫度，則物質(zhì)的濃度數(shù)據(jù)相同，只有溫度、接觸面積兩個(gè)變量；
②實(shí)驗(yàn)Ⅱ增大催化劑的表面積，反應(yīng)速率加快，可縮短達(dá)平衡的時(shí)間，但平衡不移動(dòng)，NO的平衡濃度和實(shí)驗(yàn)Ⅰ相同；實(shí)驗(yàn)Ⅲ，升高了溫度，反應(yīng)速率加快，可縮短達(dá)平衡的時(shí)間；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫，平衡逆向移動(dòng)，NO的平衡濃度增大，據(jù)此畫出圖象．

解答 解：（1）2NO+2CO?2CO₂+N₂ 反應(yīng)的△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行△H-T△S＜0，則反應(yīng)焓變一定小于0，△H＜0，故答案為：＜；
（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速度v（NO）=$\frac{1.00×10{\;}^{-3}-2.5×10{\;}^{-4}}{2s}$=3.75×10^-4mol/L•s：v（N₂）：v（NO）=1：2得到v（N₂）=1.875×10^-4mol/L•s，
故答案為：1.875×10^-4mol/L•s；
（3）2NO+2CO?2CO₂+N₂反應(yīng)中能提高NO轉(zhuǎn)化率，則
A．選用更有效的催化劑，只能改變反應(yīng)速率，不能改變平衡，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)時(shí)放熱反應(yīng)，升高反應(yīng)體系的溫度，平衡逆向進(jìn)行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率減小，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)時(shí)放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)體系的溫度，平衡正向進(jìn)行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．縮小容器的體積，壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積見效的方向進(jìn)行，平衡正向進(jìn)行，一氧化氮轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
故選CD；
（4）①實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑轵?yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，所以實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ應(yīng)該只改變催化劑表面積，實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ中只改變溫度，所以三組實(shí)驗(yàn)中各物質(zhì)的物質(zhì)的濃度數(shù)據(jù)相同，只有溫度、接觸面積兩個(gè)變量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：II：280、1.2×10^-3、5.8×10^-3；III：1.2×10^-3、5.8×10^-3，
故答案為：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/℃	NO初始濃度/mol•L-1	CO初始濃度/mol•L-1	催化劑的比表面積/m2•g-1
Ⅰ
Ⅱ	280	1.2×10-3	5.8×10-3
Ⅲ		1.2×10-3	5.8×10-3

②實(shí)驗(yàn)Ⅱ增大了催化劑的表面積，反應(yīng)速率加快，可縮短達(dá)平衡的時(shí)間，但平衡不移動(dòng)，NO的平衡濃度和實(shí)驗(yàn)Ⅰ相同；
實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ對(duì)比，實(shí)驗(yàn)Ⅲ，升高了溫度，反應(yīng)速率加快，可縮短達(dá)平衡的時(shí)間；
該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫，平衡逆向移動(dòng)，NO的平衡濃度增大，則Ⅱ、Ⅲ兩個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中NO濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)曲線圖為：，故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了反應(yīng)速率、反應(yīng)方向、化學(xué)平衡等知識(shí)，并注重考查了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)化學(xué)的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)又注重了對(duì)高考熱點(diǎn)的考查，試題綜合性較強(qiáng)、涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，難度適中．