Question

（2009?浙江）超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層．科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO₂和N₂，其反應為：2NO+2CO

催化劑

2CO₂+N₂．
為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間（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

請回答下列問題（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：
（1）在上述條件下反應能夠自發(fā)進行，則反應的△H

＜

0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s內的平均反應速率υ（N₂）=

1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1

．
（3）在該溫度下，反應的平衡常數(shù)K=

5000

．
（4）假設在密閉容器中發(fā)生上述反應，達到平衡時下列措施能提高NO轉化率的是

C、D

．
A．選用更有效的催化劑B．升高反應體系的溫度
C．降低反應體系的溫度D．縮小容器的體積
（5）研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率．為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經填在下面實驗設計表中．

實驗 編號	T（℃）	NO初始濃度 （mol/L）	CO初始濃度 （mol/L）	催化劑的比表面積（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請在上表空格中填入剩余的實驗條件數(shù)據(jù)．
②請在給出的坐標圖中，畫出上表中的三個實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖，并標明各條曲線的實驗編號．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應能夠自發(fā)進行，利用△H-T△S＜0來分析該反應的焓變；
（2）根據(jù)化學反應速率的定義及2s內濃度的變化量來計算解答；
（3）根據(jù)該溫度下達化學平衡時各物質平衡時濃度及化學平衡常數(shù)的概念來計算；
（4）能提高NO轉化率則化學平衡正向移動，利用影響化學平衡移動的因素來分析；
（5）根據(jù)實驗目的驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，則應保證濃度相同，然后相同溫度時比較催化劑比表面積，相同催化劑比表面積時比較溫度，然后利用影響化學反應速率及化學平衡的因素來分析圖象．

解答：解：（1）因該反應2NO+2CO2CO₂+N₂中氣體減少，則△S＜0非自發(fā)，
由反應能夠自發(fā)進行，則△H-T△S＜0，即該反應一定是放熱才有可能自發(fā)進行，
放熱反應的△H＜0，故答案為：＜；
（2）由表格中的數(shù)據(jù)可知2s內NO濃度的變化量為1.00×10^-3-2.50×10^-4=7.50×10^-4，
則υ（NO）=

7.5×10-4mol/L

2s

=3.75×10-4mol?L-1?s-1；
由化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，則
υ（N₂）=

1

2

υ（NO）≈1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1，故答案為：1.88×10^-4mol?L^-1?s^-1；
（3）由表格中的數(shù)據(jù)可知到4s時達到化學平衡，則
            2NO+2CO2CO₂+N₂
開始1.00×10^-33.60×10^-3         0     0
轉化9×10^-49×10^-49×10^-4 4.50×10^-4
平衡1.00×10^-4 2.70×10^-3 9×10^-44.50×10^-4
則K=

(9×10-4)2?(4.5×10-4)

(1×10-4)2?(2.7×10-3)2

=5000，故答案為：5000；
（4）由化學反應及提高NO轉化率可知，應使化學平衡正向移動，催化劑不能影響平衡移動，
該反應放熱，則升高溫度逆向移動，縮小容器的體積相當于加壓，則加壓、降溫使該反應平衡正移，
故答案為：C、D；
（5）①因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應控制溫度相同，所有濃度應控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響；
Ⅱ、Ⅲ比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應控制相同來驗證反應溫度對速率的影響；，
故答案為：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；1.20×10^-3；5.80×10^-3；
②因Ⅰ、Ⅱ溫度相同，催化劑對平衡移動無影響，則平衡不移動，但Ⅱ的速率大，則Ⅱ先達到化學平衡，Ⅰ、Ⅱ達平衡時NO的濃度相同；
而Ⅲ的溫度高，則反應速率最大且平衡逆移，即達到化學平衡時c（NO）增大，故答案為：．

點評：本題綜合考查反應速率、反應方向、化學平衡等知識，并注重考查了學生對實驗化學的設計思路，充分體現(xiàn)了新課程變化，同時又注重了對高考熱點的考查，是較好的一道綜合題．