Question

超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO₂和N₂ , 化学方程式如下：2NO + 2 CO2CO₂ + N₂ ，为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如下表：

时间 /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

 
请回答：（以下各题均不考虑温度变化对催化效率的影响）：
（1）前2s内的平均反应速度v (N₂)＝               。
（2）在该温度下，反应的平衡常数K＝               ；若升高温度时K值变小，则该反应的ΔH   0(填写“＞”、“＜”、“＝”)。
（3）若在容器中发生上述反应，达平衡后，下列措施能提高NO转化率的是            
A. 选用更有效的催化剂   B. 升高反应体系的温度
C. 降低反应体系的温度                D. 缩小容器的体积
（4）研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组对比实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。请在下面设计表的空格中填入剩余的实验条件数据。

实验编号	T / ℃	NO初始浓度 ( mol·L—1 )	CO初始浓度 ( mol·L—1 )	催化剂的比表面积 ( m2·g—1 )
Ⅰ	280	1.20 × 10—3	5.80 × 10—3	82
Ⅱ				124
Ⅲ	350			124

 

Answer 1

（1）1.875×10^—4 mol/(L·s) ………（3分，单位不写扣1分）
（2）5000 ………（2分）    ＜ ………（2分）
（3）C、D ………（2分）
（4）① Ⅱ:     280    1.20×10^—3    5.80×10^—3   ……（各1分）
Ⅲ：1.2×10^—3     5.80×10^—3    ……（各1分）

解析试题分析：（1）由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为1.00×10^-3-2.50×10^-4＝7.50×10^-4，则υ（NO）＝7.50×10^-4mol/L÷2s＝3.75×10^-4mol?L^-1?s^-1；由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则υ（N₂）＝υ（NO）＝1.875×10^-4mol?L^-1?s^-1。
（2）根据表中数据可知，反应进行到4s时反应达到平衡状态，此时NO和CO的浓度分别为1.00×10^—4 mol/L、2.70×10^—3mol/L，生成CO₂和氮气的浓度分别为1.00×10^—3mol/L－1.00×10^—4 mol/L＝9.00×10^—4 mol/L、（1.00×10^—3mol/L－1.00×10^—4 mol/L）×＝4.5×10^—4 mol/L，所以该温度下反应的平衡常数K＝＝5000；因该反应2NO + 2 CO2CO₂ + N₂中气体体积减少，△S＜0，由反应能够自发进行，则△H-T△S＜0，即该反应一定是放热才有可能自发进行，放热反应中△H＜0。
（3）根据化学反应方程式可知，正方应是体积减小的、放热可逆反应。要提高NO转化率，应使化学平衡正向移动，催化剂不能影响平衡移动，该反应放热，则升高温度逆向移动，缩小容器的体积相当于加压，则加压、降温使该反应平衡正移，故答案为：C、D；
（4）该实验是验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，所以Ⅰ、Ⅱ是只改变催化剂表面积，Ⅱ、Ⅲ只改变温度，则物质的浓度数据相同，只有温度、接触面积两个变量，故答案为：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；1.20×10^-3；5.80×10^-3。
考点：考查反应速率、反应方向、化学平衡、影响化学反应速率的实验探究等知识