Question

16．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+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

请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：
（1）写出该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（{N}_{2}）•c^2（C{O}_{2}）}{c^2（NO）•c^2（CO）}$．
（2）前2s 内的平均反应速率v（CO₂）=3.75×10^-4mol/L•s．
（3）在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H＜0（填写“＞”、“＜”、“=”）．
（4）假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高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
（5）在温度和体积保持不变的条件下，能够说明该反应达到平衡状态的标志是D．
A．反应混合物各组分物质的量浓度相等 B．NO、CO、CO₂、N₂分子数之比为2：2：2：1
C．混合气体的密度保持不变          D．单位时间内消耗1molNO 的同时，就有1molCO 生成．

Answer 1

分析 （1）根据化学平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积之比列式；
（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）依据反应自发进行的判断依据△H-T△S＜0分析判断；
（4）提高NO转化率，则要求平衡正向进行；
（5）化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变，以此解答．

解答 解：（1）反应2NO+2CO$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂+N₂，则K=$\frac{c（N2）•c（CO2）^2}{c^2（NO）•c^2（CO）}$；
故答案为：$\frac{c（{N}_{2}）•c（^2C{O}_{2}）}{c^2（NO）•c^2（CO）}$；
（2）前2s内的平均反应速度v（NO）=$\frac{1.00×1{0}^{-3}-2.50×1{0}^{-4}}{2s}$=3.75×10^-4mol/L•s，v（CO₂））：v（NO）=1：1，v（CO₂）=3.75×10^-4mol/L•s；
故答案为：3.75×10^-4mol/L•s；
（3）2NO+2CO?2CO₂+N₂  反应的气体体积减小，则△S＜0，反应自发进行△H-T△S＜0，则反应焓变一定小于0，△H＜0，反应是放热反应；
故答案为：＜；
（4）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；
（5）A．当反应物和生成物浓度不再变化时，达到平衡状态，反应混合物各组分物质的量浓度是否相等与初始量和转化率有关，故A错误；
B．NO、CO、CO₂、N₂分子数之比初始量和转化率有关，不一定是2：2：2：1，故B错误；
C．混合气体的体积不变，质量守恒，所以密度始终保持不变，所以不能判断平衡，故C错误；
D．单位时间内消耗1molNO为正速率，有1mol CO生成为逆速率，而且正逆速率之比等于计量数之比，所以是平衡状态，故D正确；
故答案为：D．

点评 本题考查了反应能量变化的分析判断，主要是化学平衡的影响因素分析应用，平衡常数计算，掌握基础是解题关键，题目难度中等．