Question

2．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，其反应为：2NO+2CO$\frac{\underline{\;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）	1.00×10-3	4.50×10-4	2.50×10-4	1.50×10-4	1.00×10-4	1.00×10-4
c（CO）（mol/L）	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）前2s内的平均反应速率v（N₂）=1.88×10^-4mol•L^-1•S^-1．
（2）在该温度下，反应的平衡常数K=5000 L•mol^-1．
（3）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）	CO初始浓度 （mol/L）	催化剂的比表面积（m2/g）
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ				124
Ⅲ	350			124

①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据．
②请在给出的坐标图中，画出上表中的三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．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）依据平衡常数概念是利用生成物平衡浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
（3）①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、表面积时比较温度；
②Ⅰ、Ⅱ温度相同，平衡不移动，但Ⅱ的速率大；Ⅲ的温度高，速率最大且平衡逆移，c（NO）增大．

解答 解：（1）前2s内的平均反应速度v（NO）=3.75×10^-4mol/L•s：v（N₂）：v（NO）=1：2得到v（N₂）=1.88×10^-4mol/（L•s），
故答案为：1.875×10^-4mol/（L•s）；
（2）依据化学平衡三段式列式计算，
                    2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂
起始量（mol/L） 10×10^-4 3.6×10^-3  0    0
变化量（mol/L） 9×10^-4 9×10^-4   9×10^-4 4.5×10^-4
平衡量（mol/L） 1×10^-4 2.7×10^-3 9×10^-4 4.5×10^-4
反应平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{（9×1{0}^{-4}）^{2}×4.5×1{0}^{-4}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}×（2.7×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000 L•mol^-1；
故答案为：5000 L•mol^-1；
（3）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；
I、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：

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

②因Ⅰ、Ⅱ温度相同，催化剂对平衡移动无影响，则平衡不移动，但Ⅱ的速率大，则Ⅱ先达到化学平衡，Ⅰ、Ⅱ达平衡时NO的浓度相同；
而Ⅲ的温度高，则反应速率最大且平衡逆移，即达到化学平衡时c（NO）增大，图象为，
故答案为：．

点评 本题综合考查反应速率、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．