Question

7．科學家正在研究利用催化技術將汽車尾氣中的NO和CO轉變成CO₂和N₂化學方程式如下：2NO（g）+2CO（g） $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂（g）△H．
為了測定在某種催化劑作用下的反應速度，某溫度下，在容積固體的容器內進行此反應，并用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間/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

請回答下列問題（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：
（1）在該反應的平衡常數的表達式K=$\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（NO）•{c^2}（CO）}}$．
（2）該反應在此溫度下能夠自發進行，說明△H＜0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
若只將反應條件改為絕熱，平衡時NO的濃度將增大（填“增大”、“減小”、“不變”）
（3）前2s內的平均反應速率v（N₂1.88×10^-4mol•L^-1•s^-1．
研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率．為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經填在下面實驗設計表中．

實驗編號	T（℃）	NO初始濃度 （mol/L）	C O初始濃度 （mol/L）	催化劑的比表面積 （m2/g）
1	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
2				124
3	350			124

（5）請在上表空格中填入剩余的實驗條件數據．
（6）請在給出的坐標圖中，參考實驗 I實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖，畫出 II、III條曲線圖，并標明各條曲線的實驗編號．

Answer 1

分析 （1）在該反應的平衡常數的表達式K=$\frac{生成物平衡濃度系數次冪之積}{反應物平衡濃度系數次冪之積}$；
（2）反應是熵減的反應，該反應在此溫度下能夠自發進行，△H-T△S＜0，據此判斷焓變符號；通過溫度對平衡的影響來回答；
（3）前2s內的平均反應速率v（N₂）=$\frac{v（NO）}{2}$，據此計算；
（5）根據實驗目的驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，則應保證濃度相同，然后相同溫度時比較催化劑比表面積，相同催化劑比、表面積時比較溫度；
（6）利用影響化學反應速率及化學平衡的因素來分析圖象．

解答 解：（1）在該反應的平衡常數的表達式K=$\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（NO）•{c^2}（CO）}}$，故答案為：$\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（NO）•{c^2}（CO）}}$；
（2）反應是熵減的反應，該反應在此溫度下能夠自發進行，△H-T△S＜0，說明△H＜0，若只將反應條件改為絕熱，反應是放熱的，所以溫度升高，平衡逆向移動，平衡時NO的濃度將增大；故答案為：$\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（NO）•{c^2}（CO）}}$；＜；增大；
（3）前2s內的平均反應速率v（N₂）=$\frac{v（NO）}{2}$=$\frac{1}{2}$×$\frac{1.00×1{0}^{-3}-2.5×1{0}^{-4}}{2}$mol•L^-1•s^-1=1.88×10^-4mol•L^-1•s^-1，故答案為：1.88×10^-4mol•L^-1•s^-1．
（5）因1、2比表面積不同，則應控制溫度相同，所有濃度應控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響；1、3表面積相同，溫度不同，則所有濃度應控制相同來驗證反應溫度對速率的影響，
故答案為：

實驗 編號	t（℃）	NO初始濃度 （mol/L）	CO初始濃度 （mol/L）	催化劑的 比表面積（m2/g）
1
2	280		5.80×10-3
3		1.20×10-3	5.80×10-3

；
（6）因1、2溫度相同，催化劑對平衡移動無影響，則平衡不移動，但Ⅱ的速率大，則Ⅱ先達到化學平衡，1、2達平衡時NO的濃度相同；而Ⅲ的溫度高，則反應速率最大且平衡逆移，即達到化學平衡時c（NO）增大，圖象為故答案為：．

點評 本題考查反應速率及圖象，把握控制變量法分析反應速率的影響因素及圖象為解答的關鍵，注重考查了學生對化學實驗的設計思路，充分體現了新課程變化，同時又注重了對高考熱點的考查，注意圖象為解答的易錯點，題目難度中等．