Question

3．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的化学方程式如下：2NO+2CO$\stackrel{催化剂}{→}$2CO₂+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）在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H＜0（填写“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s内的平均反应速度v（N₂）=1.875×10^-4mol/L•s．
（3）假设在容器中发生上述反应，达到平衡时下列能提高NO转化率的是CD．
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，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中．

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	280	1.2×10-3	5.8×10-3	124
Ⅲ	350	1.2×10-3	5.8×10-3	124

①请在空格----中填入剩余的实验条件数据．
②请在给出的坐标图中，画出表中的Ⅱ、Ⅲ两个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线的实验编号．（见答题纸）

Answer 1

分析 （1）依据反应自发进行的判断依据△H-T△S＜0分析判断；
（2）依据化学反应速率的概念结合图表数据分析计算一氧化氮的反应速率，结合速率之比等于系数之比；
（3）提高NO转化率．平衡正向进行；
（4）①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，所以实验Ⅰ、Ⅱ是只改变催化剂表面积，实验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；
②实验Ⅱ增大催化剂的表面积，反应速率加快，可缩短达平衡的时间，但平衡不移动，NO的平衡浓度和实验Ⅰ相同；实验Ⅲ，升高了温度，反应速率加快，可缩短达平衡的时间；该反应为放热反应，升温，平衡逆向移动，NO的平衡浓度增大，据此画出图象．

解答 解：（1）2NO+2CO?2CO₂+N₂ 反应的△S＜0，反应自发进行△H-T△S＜0，则反应焓变一定小于0，△H＜0，故答案为：＜；
（2）前2s内的平均反应速度v（NO）=$\frac{1.00×10{\;}^{-3}-2.5×10{\;}^{-4}}{2s}$=3.75×10^-4mol/L•s：v（N₂）：v（NO）=1：2得到v（N₂）=1.875×10^-4mol/L•s，
故答案为：1.875×10^-4mol/L•s；
（3）2NO+2CO?2CO₂+N₂反应中能提高NO转化率，则
A．选用更有效的催化剂，只能改变反应速率，不能改变平衡，故A错误；
B．反应时放热反应，升高反应体系的温度，平衡逆向进行，一氧化氮转化率减小，故B错误；
C．反应时放热反应，降低反应体系的温度，平衡正向进行，一氧化氮转化率增大，故C正确；
D．缩小容器的体积，压强增大，平衡向气体体积见效的方向进行，平衡正向进行，一氧化氮转化率增大，故D正确；
故选CD；
（4）①实验目的为验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，所以实验Ⅰ、Ⅱ应该只改变催化剂表面积，实验Ⅱ、Ⅲ中只改变温度，所以三组实验中各物质的物质的浓度数据相同，只有温度、接触面积两个变量，实验数据为：II：280、1.2×10^-3、5.8×10^-3；III：1.2×10^-3、5.8×10^-3，
故答案为：

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
Ⅱ	280	1.2×10-3	5.8×10-3
Ⅲ		1.2×10-3	5.8×10-3

②实验Ⅱ增大了催化剂的表面积，反应速率加快，可缩短达平衡的时间，但平衡不移动，NO的平衡浓度和实验Ⅰ相同；
实验Ⅱ、Ⅲ对比，实验Ⅲ，升高了温度，反应速率加快，可缩短达平衡的时间；
该反应为放热反应，升温，平衡逆向移动，NO的平衡浓度增大，则Ⅱ、Ⅲ两个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图为：，故答案为：．

点评 本题综合考查了反应速率、反应方向、化学平衡等知识，并注重考查了学生对实验化学的设计思路，同时又注重了对高考热点的考查，试题综合性较强、涉及的知识点较多，难度适中．