Question

【題目】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，化學(xué)方程式如下：2NO+2CO 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)回答下列問(wèn)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(xiě)“＞”、“＜”、“=”)。

（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(N2)=_____________________。

（3）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，投入相等的反應(yīng)物，反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)下列措施能提高NO反應(yīng)速率的是_______。

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)，催化劑比表面積會(huì)影響化學(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，請(qǐng)?jiān)谙卤碇刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)。

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	達(dá)到平衡的時(shí)間 分鐘
Ⅰ	280	l.20×10-3	5.80×10-3	82	200
Ⅱ		l.20×10-3		124	120
Ⅲ	350		5.80×10-3	124	5

通過(guò)這3組實(shí)驗(yàn)，可以得出的溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律是___________________________________________________________.

Answer 1

【答案】＜1.88×10-4 mol·L－1·s－1ABD在其他條件相同時(shí)，溫度越高，催化劑比表面積越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快。

【解析】

（1）發(fā)生反應(yīng)2NO+2CO2CO2+N2，該反應(yīng)為氣體減少，△S＜0非自發(fā)，由△G=△H-T△S可知，該反應(yīng)一定為放熱才有可能自發(fā)；（2）根據(jù)v=計(jì)算v（NO），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N2）；（3）達(dá)到平衡時(shí)提高NO轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理結(jié)合選項(xiàng)解答，注意不能只增大NO的濃度；（4）Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對(duì)速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃，Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對(duì)速率的影響，Ⅰ、Ⅲ催化劑的比表面積不同，溫度不同，研究溫度、催化劑的比表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響。

（1）發(fā)生反應(yīng)2NO+2CO2CO2+N2，該反應(yīng)為氣體減少，△S＜0非自發(fā)，由△G=△H-T△S可知，該反應(yīng)一定為放熱才有可能自發(fā)，即△H＜0；（2）v（NO）==3.75×10-4mol/（Ls），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v（N2）=v（NO）=×3.75×10-4mol/（Ls）=1.88×10-4mol/（Ls）；（3）A、催化劑不影響平衡的移動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B、該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，NO的轉(zhuǎn)化率降低，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C、該反應(yīng)放熱，降溫平衡正向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率增大，選項(xiàng)C正確，D、縮小體積，增大壓強(qiáng)，平衡向體積減小的方向運(yùn)動(dòng)，即正向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率增大，選項(xiàng)D正確，答案選CD；（4）Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對(duì)速率的影響，Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對(duì)速率的影響，Ⅰ、Ⅲ催化劑的比表面積不同，溫度不同，研究溫度、催化劑的比表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響，Ⅱ與Ⅰ溫度相同，平衡不移動(dòng)，平衡濃度相同，但Ⅱ催化劑比表面積增大，達(dá)平衡時(shí)間短，Ⅲ與Ⅱ的催化劑比表面積相同，Ⅲ溫度高，溫度升高，不僅達(dá)平衡時(shí)間縮短，平衡向左移動(dòng)，使NO的平衡濃度也增大，故通過(guò)這3組實(shí)驗(yàn)，可以得出的溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律是：在其他條件相同時(shí)，溫度越高，催化劑比表面積越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快。