Question

15．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，其反應(yīng)為：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）	1.00×10-3	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(qǐng)回答下列問題（均不考慮溫度變化對(duì)催化劑催化效率的影響）：
（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)速率v（N₂）=1.88×10^-4mol•L^-1•s^-1．
（3）在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5000．
（4）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)下列措施能提高NO轉(zhuǎn)化率的是C、D．
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
（5）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）	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				124
Ⅲ	350			124

請(qǐng)?jiān)谏媳砜崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)時(shí)體積減小的反應(yīng)熵變大于0，依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)為△H-T△S＜0分析；
（2）依據(jù)2s末的物質(zhì)濃度變化結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率的概念計(jì)算得到；
（3）2NO+2CO$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂+N₂，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的平衡濃度，依據(jù)平衡常數(shù)的概念列式計(jì)算；
（4）提高NO轉(zhuǎn)化率需要改變條件促使平衡正向進(jìn)行結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析選項(xiàng)；
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?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，則應(yīng)保證濃度相同，然后相同溫度時(shí)比較催化劑比表面積，相同催化劑比表面積時(shí)比較溫度．

解答 解：（1）因該反應(yīng)2NO+2CO₂=CO₂+N₂中氣體減少，則△S＜0，由反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則△H-T△S＜0，即該反應(yīng)一定是放熱才有可能自發(fā)進(jìn)行，放熱反應(yīng)的△H＜0，故答案為：＜；
（2）由表格中的數(shù)據(jù)可知2s內(nèi)NO濃度的變化量為1.00×10^-3-2.50×10^-4=7.50×10^-4，則υ（NO）=$\frac{7.5×1{0}^{-4}mol/L}{2S}$=3.75×10^-4mol•L^-1•s^-1；
由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則υ（N₂）=$\frac{1}{2}$υ（NO）≈1.88×10^-4mol•L-1•s^-1，
故答案為：1.88×10^-4mol•L^-1•s^-1；
（3）分析圖表數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)達(dá)到4s達(dá)到平衡狀態(tài)，
                 2NO+2CO $\stackrel{催化劑}{?}$    2CO₂ +N₂
起始量（mol/L） 1.00×10^-3  3.60×10^-3  0       4.5 0
變化量（mol/L） 9×10^-49×10^-4 9×10^-4 4.5×10^-4
平衡量（mol/L）1.00×10^-4 2.70×10^-3 9×10^-4 4.5×10^-4
依據(jù)平衡常數(shù)的概念得到平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）{c}^{2}（CO）}$=$\frac{4.5×1{0}^{-4}×（9×1{0}^{-4}）^{2}}{（1.00×1{0}^{-4}）^{2}×（2.70×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000；
故答案為：5000；
（4）由化學(xué)反應(yīng)及提高NO轉(zhuǎn)化率可知，應(yīng)使化學(xué)平衡正向移動(dòng)，催化劑不能影響平衡移動(dòng)，該反應(yīng)放熱，則升高溫度逆向移動(dòng)，縮小容器的體積相當(dāng)于加壓，則加壓、降溫使該反應(yīng)平衡正移，
故答案為：C、D；
（5）因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應(yīng)控制溫度相同，所有濃度應(yīng)控制相同來驗(yàn)證催化劑比表面積對(duì)速率的影響；Ⅱ、Ⅲ比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應(yīng)控制相同來驗(yàn)證反應(yīng)溫度對(duì)速率的影響，
故答案為：

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	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
Ⅱ	280	1.20×10-3	5.80×10-3
Ⅲ		1.20×10-3	5.80×10-3

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查反應(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，充分體現(xiàn)了新課程變化，同時(shí)又注重了對(duì)高考熱點(diǎn)的考查，是較好的一道綜合題，題目難度中等．