Question

2．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$\frac{\underline{\;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(wèn)題（均不考慮溫度變化對(duì)催化劑催化效率的影響）：
（1）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=1.88×10^-4mol•L^-1•S^-1．
（2）在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5000 L•mol^-1．
（3）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

①請(qǐng)?jiān)谏媳砜崭裰刑钊胧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(huà)出上表中的三個(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)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；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)概念是利用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
（3）①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；
②Ⅰ、Ⅱ溫度相同，平衡不移動(dòng)，但Ⅱ的速率大；Ⅲ的溫度高，速率最大且平衡逆移，c（NO）增大．

解答 解：（1）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速度v（NO）=3.75×10^-4mol/L•s：v（N₂）：v（NO）=1：2得到v（N₂）=1.88×10^-4mol/（L•s），
故答案為：1.875×10^-4mol/（L•s）；
（2）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，
                    2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂
起始量（mol/L） 10×10^-4 3.6×10^-3  0    0
變化量（mol/L） 9×10^-4 9×10^-4   9×10^-4 4.5×10^-4
平衡量（mol/L） 1×10^-4 2.7×10^-3 9×10^-4 4.5×10^-4
反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{（9×1{0}^{-4}）^{2}×4.5×1{0}^{-4}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}×（2.7×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000 L•mol^-1；
故答案為：5000 L•mol^-1；
（3）①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(lái)驗(yàn)證催化劑比表面積對(duì)速率的影響；
I、Ⅲ比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應(yīng)控制相同來(lái)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	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

②因Ⅰ、Ⅱ溫度相同，催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響，則平衡不移動(dòng)，但Ⅱ的速率大，則Ⅱ先達(dá)到化學(xué)平衡，Ⅰ、Ⅱ達(dá)平衡時(shí)NO的濃度相同；
而Ⅲ的溫度高，則反應(yīng)速率最大且平衡逆移，即達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)c（NO）增大，圖象為，
故答案為：．

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．