Question

為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，在某溫度下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）在上述條件下反應能夠自發進行，則反應的△H

 

0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s內的平均反應速率υ（N₂）=

 

．
（3）在該溫度下，反應的平衡常數K=

 

．
（4）假設在密閉容器中發生上述反應，達到平衡時下列措施能提高NO轉化率的是

 

．
A．選用更有效的催化劑B．升高反應體系的溫度
C．降低反應體系的溫度D．縮小容器的體積
（5）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）	CO初始濃度 （mol/L）	催化劑的比表面積（m2/g）
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ				124
Ⅲ	350			124

①請在上表空格中填入剩余的實驗條件數據．
②請在給出的坐標圖中，畫出上表中的三個實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖，并標明各條曲線的實驗編號．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學平衡的影響因素,物質的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）發生反應2NO+2CO?2CO₂+N₂，該反應為氣體減少，△S＜0非自發，由△G=△H-T△S可知，該反應一定為放熱才有可能自發；
（2）根據v=

△c

△t

計算v（NO），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（N₂）；
（3）由表中數據可知，4s時反應到達平衡狀態，平衡時c（NO）=1.00×10^-4mol/L，故△c（NO）=1.00×10^-3mol/L-1.00×10^-4mol/L=9×10^-4mol/L，利用三段式計算出平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數表達式計算；
（4）達到平衡時提高NO轉化率，應使平衡向正反應移動，根據平衡移動原理結合選項解答，注意不能只增大NO的濃度；
（5）①目的是研究溫度和催化劑的比表面積對反應速率的影響，所以在實驗時應保持NO、CO的初始濃度不變，讓溫度、比表面積其中一個量變化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃；
②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃，
Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對速率的影響，
Ⅰ、Ⅲ催化劑的比表面積不同，溫度不同，研究溫度、催化劑的比表面積對反應速率的影響，
繪圖時，要注意達平衡的時間、平衡濃度的相對大小：
Ⅱ與Ⅰ溫度相同，平衡不移動，平衡濃度相同，但Ⅱ催化劑比表面積增大，達平衡時間短；
Ⅲ與Ⅱ的催化劑比表面積相同，Ⅲ溫度高，溫度升高，不僅達平衡時間縮短，平衡向左移動，使NO的平衡濃度也增大．

解答： 解：（1）發生反應2NO+2CO?2CO₂+N₂，該反應為氣體減少，△S＜0非自發，由△G=△H-T△S可知，該反應一定為放熱才有可能自發，即△H＜0，
故答案為：＜；
（2）v（NO）=

1×10-3mol/L-2.5×10-4mol/L

2s

=3.75×10^-4mol/（L?s），速率之比等于化學計量數之比，所以v（N₂）=

1

2

v（NO）=

1

2

×3.75×10^-4mol/（L?s）=1.875×10^-4mol/（L?s），
故答案為：1.875×10^-4mol/（L?s）；
（3）由表中數據可知，4s時反應到達平衡狀態，平衡時c（NO）=1.00×10^-4mol/L，故△c（NO）=1.00×10^-3mol/L-1.00×10^-4mol/L=9×10^-4mol/L，則：
                     2NO+2CO?2CO₂+N₂，
開始（×10^-4mol/L）：10   36   0   0
變化（×10^-4mol/L）：9     9   9   4.5
平衡（×10^-4mol/L）：1     27  9   4.5
所以該溫度下平衡常數k=

(9×10-4)2×4.5×10-4

(1×10-4)2×(27×10-4)2

=5000
故答案為：5000；
（4）A、催化劑不影響平衡的移動，故A錯誤，
B、該反應放熱，升高溫度平衡向逆反應移動，NO的轉化率降低，故B錯誤，
C、該反應放熱，降溫平衡正向移動，NO轉化率增大，故C正確，
D、縮小體積，增大壓強，平衡向體積減小的方向運動，即正向移動，NO轉化率增大，故D正確，
故答案為：CD；
（5）①目的是研究溫度和催化劑的比表面積對反應速率的影響，所以在實驗時應保持NO、CO的初始濃度不變，讓溫度、比表面積其中一個量變化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響，因此可確定Ⅱ中溫度為280℃，
故答案為：Ⅱ、280；1.20×10^-3；5.80×10^-3；
Ⅲ、1.20×10^-3；5.80×10^-3；
②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響，
Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對速率的影響，
Ⅰ、Ⅲ催化劑的比表面積不同，溫度不同，研究溫度、催化劑的比表面積對反應速率的影響，
繪圖時，要注意達平衡的時間、平衡濃度的相對大小：
Ⅱ與Ⅰ溫度相同，平衡不移動，平衡濃度相同，但Ⅱ催化劑比表面積增大，達平衡時間短，
Ⅲ與Ⅱ的催化劑比表面積相同，Ⅲ溫度高，溫度升高，不僅達平衡時間縮短，平衡向左移動，使NO的平衡濃度也增大，
三個實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖為：

故答案為：．

點評：本題考查化學平衡的計算、平衡移動影響因素、影響速率因素探究實驗，題目計算量大、閱讀量大，是對學生心理素質的考驗，難度較大，注意三段式解題法的理解運用，全面掌握基礎知識．