Question

汽车尾气排放的NO和CO都是有毒的气体，科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成无毒的CO₂和N₂，减少污染．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5KJ/mol
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0KJ/mol  
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol
则尾气转化反应2NO（g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=

 

（2）对于反应2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，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）/×10-4mol?L-1	3.00	2.25	1.75	1.36	1.00	1.00
c（CO）/×10-4mol?L-1	4.00	3.25	2.75	2.36	2.00	2.00

请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：
①前2s内的平均反应速率v（N₂）

 

．
②在该温度下，反应的平衡常数K=

 

．
（3）假设在密闭容器中发生上述反应，下列有关说法正确的是

 

A、选用更有效的催化剂能提高尾气的转化率
B、升高反应体系的温度能提高反应速率，使平衡正向移动
C、该反应在一定条件下可以自发进行
D、单位时间内消耗NO的物质的量等于生成CO₂的物质的量时即达平衡状态
（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mpl?L-1	CO初始浓度mpl?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	a	1.20×10-3	c	124
Ⅲ	350	b	5.80×10-3	124

则上表中a，b，c的实验条件数据分别为：
a=

 

       b=

 

      c=

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,探究影响化学反应速率的因素

专题：化学反应中的能量变化,化学反应速率专题

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学化学方程式；
（2）①根据化学反应速率的定义及2s内浓度的变化量来计算解答；
②根据该温度下达化学平衡时各物质平衡时浓度及化学平衡常数的概念来计算；
（3）A．催化剂与转化率无关；
B．升高温度平衡向吸热反应方向移动；
C．根据自由能判据判断；
D．根据正逆反应速率相等判断；
（4）根据实验目的验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，则应保证浓度相同，然后相同温度时比较催化剂比表面积，相同催化剂比表面积浓度时比较温度．

解答： 解：已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0KJ/mol  
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol
依据盖斯定律③×2-②-①得到，反应的热化学方程式为：2NO（g）+2CO（g）=2CO₂（g）+N₂（g）△H=（-393.5KJ/mol）×2-（-221.0KJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol；
故答案为：-746.5 kJ/mol；
（2）①由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为3.00×10^-4-1.75×10^-4=1.25×10^-4mol/L，
则υ（NO）=

1.25×10-4mol/L

2s

=6.25×10^-5mol?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）=

1

2

υ（NO）=3.125×10^-5mol?L^-1?s^-1，故答案为：3.125×10^-5mol?L^-1?s^-1；
②由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡，则
            2NO+2CO?2CO₂ +N₂
开始×10^-4   3        4   0     0
转化×10^-4   2        2      2     1
平衡×10^-4 1 2      2     1

则K=

(2×10-4)2?(1×10-4)

(1×10-4)2?(2×10-4)2

=10000，故答案为：10000；
（3）A．催化剂与转化率无关，故A错误；
B．升高温度平衡向吸热反应方向移动，该反应正反应放热，平衡向逆反应方向移动，故B错误；
C．反应自发进行的依据是△H-T△S＜0，△H＜0，△S＜0，满足△H-T△S＜0需要在低温下，故C正确；
D．单位时间内消耗NO的物质的量等于生成CO₂的物质的量是同一个方向的速率，不是正逆反应速率，故D错误；
故选C；
（4）①因Ⅰ、Ⅱ比表面积不同，则应控制温度相同，所有浓度应控制相同来验证催化剂比表面积对速率的影响；
Ⅱ、Ⅲ比表面积相同，温度不同，则所有浓度应控制相同来验证反应温度对速率的影响；，
故答案为：280；1.20×10^-3；5.80×10^-3．

点评：本题综合考查反应热的计算、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，充分体现了新课程变化，同时又注重了对高考热点的考查，是较好的一道综合题．