Question

汽车尾气中的主要污染物是NO以及燃料不完全燃烧所产生的CO．为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：
2NO（g）+2CO（g）

催化剂

2CO₂（g）+N₂（g）△H=a kJ?mol^-1．
为了测定在某种催化剂作用下该反应的反应速率，t₁℃下，在一等容的密闭容器中，某科研机构用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度如表1（CO₂和N₂的起始浓度为0）．
表1

时间/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/×10-4mol?L-1	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）/×10-3mol?L-1	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

回答下列问题：
（1）在上述条件下该反应能自发进行，则正反应必然是

 

反应（填“放热”或“吸热”）．
（2）前3s内的平均反应速率v（N₂）=

 

；t₁℃时该反应的平衡常数K=

 

．
（3）假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时改变下列条件，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，增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率．根据表2设计的实验测得混合气体中NO的浓度随时间t变化的趋势如图1所示：

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
①	350	1.20×10-2	5.80×10-2	124
②	280	1.20×10-2	5.80×10-2	124
③	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82

则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的实验编号依次为

 

．
（5）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180.5kJ?mol^-1   
 2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221.0kJ?mol^-1
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-393.5kJ?mol^-1
则处理汽车尾气反应中的a=

 

．
（6）用活性炭还原法也可以处理氮氧化物，有关反应为：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂（g）△H₄．向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，在t₂℃下反应，
有关数据如表3．

	NO	N2	CO
起始浓度mol．L-1	0.10	0	0
平衡浓度/mol．L-1	0.04	0.03	0.03

平衡后升高温度，再次达到平衡测得容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则△H₄

 

O（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析：（1）根据△G=△H-T?△S＜0能自发进行判断；
（2）计算出NO的反应速率，根据反应速率与化学计量数的关系可计算v（N₂），计算出平衡时各物质的浓度，可计算平衡常数；
（3）能提高NO转化率，应使平衡向正向移动，结合温度、浓度等外界条件对平衡移动的影响解答；
（4）利用影响化学反应速率及化学平衡的因素来分析；
（5）利用盖斯定律计算反应热；
（6）由浓度的比值关系可知，升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应．

解答：解：（1）由反应能够自发进行，则△H-T△S＜0，由方程式可知△S＜0，则只有该反应的△H＜0时，即该反应一定是放热才有可能自发进行，故答案为：放热；
（2）前3s内的平均反应速率v（N₂）=

1

2

v（N0）=

1

2

×

10.0×10-4mol/L-1.50×10-4mol/L

3s

=1.42×10^-4 mol?L^-1?S^-1，
由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡，则
          2NO+2CO

催化剂  .

2CO₂+N₂，
开始1.00×10^-3 3.60×10^-3    0   0
转化9×10^-4 9×10^-4 9×10^-4 4.50×10^-4
平衡1.00×10^-4 2.70×10^-3 9×10^-4 4.50×10^-4
则 K=

(4.50×10-4)?(9×10-4)2

(1.00×10-4)?(2.7×10-3)2

=5000，
故答案为：1.42×10^-4 mol?L^-1?S^-1；5000（mol?L^-1 ）^-1；
（3）A．选用更有效的催化剂，不能使平衡发生移动，故A错误；
B．升高反应体系的温度，因反应放热，则平衡逆向移动，转化率减小，故B错误；
C．降低反应体系的温度，平衡正向移动，转化率增大，故C正确；
D．缩小容器的体积，平衡正向移动，转化率增大，故D正确，
故答案为：CD；
（4）由于②、③温度相同，催化剂对平衡移动无影响，化学平衡不移动，达到相同的平衡状态，但②的起始浓度较大，催化剂的比表面积较大，则反应的速率大，所以②先达到化学平衡，则Ⅰ为③，Ⅱ为②的图象，而①的温度高，则反应速率最大且平衡向着逆向移动，即达到化学平衡时c（NO）增大，则①对应Ⅲ图象，
故答案为：③②①；
（5）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁=+180.5kJ?mol^-1
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₂=-221.0kJ?mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-393.5kJ?mol^-1，
将③×2-①-②可得2NO（g）+2CO（g）

催化剂

2CO₂（g）+N₂（g）△H=2×（-393.5kJ?mol^-1）-（-221.0kJ?mol^-1）-（+180.5kJ?mol^-1）=-746.5kJ?mol^-1，
故答案为：-746.5；
（6）由浓度的比值关系可知，升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，故答案为：＜．

点评：本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用、平衡移动的影响以及相关计算，侧重于学生的分析能力、计算能力的考查，为高考常见题型，难度较大．