Question

7．科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將汽車(chē)尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO₂和N₂化學(xué)方程式如下：2NO（g）+2CO（g） $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂（g）+N₂（g）△H．
為了測(cè)定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速度，某溫度下，在容積固體的容器內(nèi)進(jìn)行此反應(yīng)，并用氣體傳感器測(cè)得不同時(shí)間的NO和CO濃度如表：

時(shí)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(qǐng)回答下列問(wèn)題（均不考慮溫度變化對(duì)催化劑催化效率的影響）：
（1）在該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K=$\frac{{{c^2}（C{O_2}）•c（{N_2}）}}{{{c^2}（NO）•{c^2}（CO）}}$．
（2）該反應(yīng)在此溫度下能夠自發(fā)進(jìn)行，說(shuō)明△H＜0（填寫(xiě)“＞”、“＜”、“=”）．
若只將反應(yīng)條件改為絕熱，平衡時(shí)NO的濃度將增大（填“增大”、“減小”、“不變”）
（3）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂1.88×10^-4mol•L^-1•s^-1．
研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時(shí)，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．為了分別驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	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(qǐng)?jiān)谏媳砜崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)．
（6）請(qǐng)?jiān)诮o出的坐標(biāo)圖中，參考實(shí)驗(yàn) I實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中NO濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)曲線(xiàn)圖，畫(huà)出 II、III條曲線(xiàn)圖，并標(biāo)明各條曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)．

Answer 1

分析 （1）在該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K=$\frac{生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積}{反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次冪之積}$；
（2）反應(yīng)是熵減的反應(yīng)，該反應(yīng)在此溫度下能夠自發(fā)進(jìn)行，△H-T△S＜0，據(jù)此判斷焓變符號(hào)；通過(guò)溫度對(duì)平衡的影響來(lái)回答；
（3）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=$\frac{v（NO）}{2}$，據(jù)此計(jì)算；
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，則應(yīng)保證濃度相同，然后相同溫度時(shí)比較催化劑比表面積，相同催化劑比、表面積時(shí)比較溫度；
（6）利用影響化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的因素來(lái)分析圖象．

解答 解：（1）在該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)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(yīng)是熵減的反應(yīng)，該反應(yīng)在此溫度下能夠自發(fā)進(jìn)行，△H-T△S＜0，說(shuō)明△H＜0，若只將反應(yīng)條件改為絕熱，反應(yīng)是放熱的，所以溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)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(nèi)的平均反應(yīng)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(yīng)控制溫度相同，所有濃度應(yīng)控制相同來(lái)驗(yàn)證催化劑比表面積對(duì)速率的影響；1、3表面積相同，溫度不同，則所有濃度應(yīng)控制相同來(lái)驗(yàn)證反應(yīng)溫度對(duì)速率的影響，
故答案為：

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	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(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響，則平衡不移動(dòng)，但Ⅱ的速率大，則Ⅱ先達(dá)到化學(xué)平衡，1、2達(dá)平衡時(shí)NO的濃度相同；而Ⅲ的溫度高，則反應(yīng)速率最大且平衡逆移，即達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)c（NO）增大，圖象為故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)速率及圖象，把握控制變量法分析反應(yīng)速率的影響因素及圖象為解答的關(guān)鍵，注重考查了學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，充分體現(xiàn)了新課程變化，同時(shí)又注重了對(duì)高考熱點(diǎn)的考查，注意圖象為解答的易錯(cuò)點(diǎn)，題目難度中等．