Question

6．超音速飛機(jī)在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層．科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO₂和N₂，其反應(yīng)為：2NO+2CO$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂+N₂．假設(shè)常溫下在恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，試解答下列問題：
（1）上述條件下該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的△H＜0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（2）能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是AB．
A．混合氣體的壓強(qiáng)保持不變
B．N₂的濃度不再改變
C．消耗CO的物質(zhì)的量與生成CO₂的物質(zhì)的量之比為1：1
D．NO、CO、CO₂、N₂的物質(zhì)的量之比為2：2：2：1
（3）既要加快反應(yīng)速率又要提高NO轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是D．
A．選用更有效的催化劑B．升高反應(yīng)體系的溫度C．降低反應(yīng)體系的溫度D．縮小容器的體積
（4）為了測定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，某科學(xué)家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（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：

時間（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	c	2.70×10-3

從表中數(shù)據(jù)分析可知：
①c=2.70×10^-3mol•L^-1；
②前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=1.875×10^-4mol/（L．s）；
③該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5×10³．

Answer 1

分析 （1）由方程式可知2molNO、2molCO反應(yīng)生成2molCO₂、1molN₂，故該反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，根據(jù)△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，據(jù)此判斷；
（2）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，同一物質(zhì)表示的正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、含量不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡狀態(tài)的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化，說明到達(dá)平衡；
（3）既要加快反應(yīng)速率又要提高NO轉(zhuǎn)化率，平衡正向移動，正反應(yīng)為氣體體積減小，可以增大壓強(qiáng)，可以增大CO的濃度，升高溫度，反應(yīng)速率加快，結(jié)合反應(yīng)熱效應(yīng)平衡平衡移動方向，判斷NO轉(zhuǎn)化率變化；
（4）①由表中數(shù)據(jù)可知，4s與5s時NO的濃度相等，說明4s時反應(yīng)到達(dá)平衡；
②根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算前2s內(nèi)v（NO），再利用速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比計算v（N₂）；
③利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算．

解答 解：（1）由方程式可知2molNO、2molCO反應(yīng)生成2molCO₂、1molN₂，故該反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，常溫下該反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，故△H＜0，
故答案為：＜；
（2）A．溫度、體積不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減小，氣體壓強(qiáng)減小，混合氣體的壓強(qiáng)保持不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故A正確；
B．生成物N₂的濃度不再改變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故B正確；
C．消耗CO的物質(zhì)的量與生成CO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)數(shù)值按此比例進(jìn)行，不能說明到達(dá)平衡，故C錯誤；
D．平衡時各組分的物質(zhì)的量之比不一定等于化學(xué)計量數(shù)之比，與物質(zhì)的起始物質(zhì)的量及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故D錯誤，
故選：AB；
（3）A．選用更有效的催化劑，加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時間，不影響平衡移動，NO的轉(zhuǎn)化率不變，故A錯誤；
B．升高反應(yīng)體系的溫度，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，NO的轉(zhuǎn)化率降低，故B錯誤；
C．降低反應(yīng)體系的溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，NO的轉(zhuǎn)化率增大，但反應(yīng)速率降低，故C錯誤；
D．正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，縮小容器的體積，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向移動，NO的轉(zhuǎn)化率增大，故D正確，
故選：D．
（4）①由表中數(shù)據(jù)可知，4s與5s時NO的濃度相等，說明4s時反應(yīng)到達(dá)平衡，則c=2.70×10^-3mol/L，
故答案為：2.70×10^-3；
②由表中數(shù)據(jù)可知，前2s內(nèi)NO濃度變化量為1.0×10^-3mol/L-2.50×10^-4mol/L=7.5×10^-4mol/L，故2s內(nèi)v（NO）=$\frac{7.5×1{0}^{-4}mol/L}{2s}$=3.75×10^-4mol/（L．s），速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NO）=$\frac{1}{2}$×3.75×10^-4mol/（L．s）=1.875×10^-4mol/（L．s），
故答案為：1.875×10^-4mol/（L．s）；
③平衡時，NO的濃度為1.0×10^-4mol/L，則：
             2  NO（g）+2  CO（g）?2  CO₂（g）+N₂（g）
開始（mol/L）：1.0×10^-3  3.6×10^-3 0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：9×10^-49×10^-4 9×10^-4  4.5×10^-4          
平衡（mol/L）：1.0×10^-427×10^-49×10^-44.5×10^-4 
平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）×c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{（9×1{0}^{-4}）^{2}×4.5×1{0}^{-4}}{（1.0×1{0}^{-4}）^{2}×（27×1{0}^{-4}）^{2}}$=5×10³，
故答案為：5×10³．

點評 本題考查平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)平衡移動、化學(xué)平衡計算、化學(xué)反應(yīng)速率計算、平衡常數(shù)計算等，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，難度中等．