Question

（10分）（I）目前，汽车厂商常利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO₂和N₂，化学方程式如下：2NO＋2CO2CO₂＋N₂。为研究如何提高该转化过程反应速率，某课题组进行了以下实验探究。

【资料查阅】①不同的催化剂对同一反应的催化效率不同；

②使用相同的催化剂，当催化剂质量相等时，催化剂的比表面积对催化效率有影响。

【实验设计】课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响规律，设计了以下对比实验。

（1）完成以下实验设计表（表中不要留空格）。

实验编号	实验目的	T/℃	NO初始浓度 mol/L	CO初始浓度 mol/L	同种催化剂的比表面积m^2/g
Ⅰ	为以下实验作参照	280	6.50×10^-3	4.00×10^-3	80
Ⅱ					120
Ⅲ	探究温度对尾气转化速率的影响	360	6.50×10^-3	4.00×10^-3	80

【图像分析与结论】利用气体传感器测定了三组实验中CO浓度随时间变化的曲线图，如下：

（2）计算第Ⅰ组实验中，达平衡时NO的浓度为__________________；

（3）由曲线Ⅰ、Ⅱ可知，增大催化剂比表面积，汽车尾气转化速率_____________（填“增大”、“减小”、“无影响”）。

（II）随着世界粮食需求量的增长，农业对化学肥料的需求量越来越大，其中氮肥是需求量最大的一种化肥。而氨的合成为氮肥的生产工业奠定了基础，其原理为：N₂＋3H₂2NH₃

（1）在N₂＋3H₂2NH₃的反应中，一段时间后，NH₃的浓度增加了0.9mol·L^－1。用N₂表示其反应速率为0.15 mol·L^－1·s^－1，则所经过的时间为          ；

A．2 s         B．3 s        C．4 s         D．6 s

（2）下列4个数据是在不同条件下测得的合成氨反应的速率，其中反应最快的是         ；

A．v(H₂）＝0.1 mol·L^－1·min^－1          B．v(N₂）＝0.1 mol·L^－1·min^－1

C．v(NH₃）＝0.15 mol·L^－1·min^－1        D．v(N₂）＝0.002mol·L^－1·s^－1

（3）在一个绝热、容积不变的密闭容器中发生可逆反应：N₂(g）＋3H₂(g）2NH₃(g）  △H＜0。下列各项能说明该反应已经达到平衡状态的是             。

A．容器内气体密度保持不变

B．容器内温度不再变化

C．断裂1mol N≡N键的同时，断裂6 mol N—H键

D．反应消耗N₂、H₂与产生NH₃的速率之比1︰3︰2

Answer

（10分）（除特殊说明外，每空1分）

（Ⅰ）（1）

实验编号

实验目的

T/℃

NO初始浓度

mol/L

CO初始浓度

mol/L

同种催化剂的比表面积m2/g

Ⅰ

为以下实验作参照

Ⅱ

探究催化剂比表面积对尾气转化速率的影响

280

6.50×10-3

4.00×10-3

Ⅲ

（2）3.50×10-3 mol/L；（2分）（3）增大。（Ⅱ）（1）B；（2）D ；（3）B、C。

【解析】

试题分析：（I）Ⅰ为对照实验，Ⅱ是同种催化剂的比表面积增大，因此其他条件相同，所以Ⅱ是探究催化剂比表面积对尾气转化速率的影响，温度是280℃；NO初始浓度是6.50×10-3mol/L；CO初始浓度是4.00×10-3mol/L；（2）第Ⅰ组实验中，开始时c(CO）= 4.00×10-3mol/L，达平衡时CO的浓度为1.00×10-3mol/L，改变浓度是3.00×10-3mol/L，由于NO、CO反应是按照1:1关系反应，所以达平衡时NO的浓度为6.50×10-3mol/L-3.00×10-3mol/L=3. 50×10-3mol/L。（3）由曲线Ⅰ、Ⅱ可知，增大催化剂比表面积，汽车尾气转化速率增大；（II）（1）N2＋3H22NH3的反应中，一段时间后，NH3的浓度增加了0.9mol·L－1，则N2减少0.45mol/L。用N2表示其反应速率为0.15 mol·L－1·s－1，则所经过的时间为0.45mol/L÷0.15 mol·L－1·s－1=3s，故选项是B；（2）转化为N2表示的化学反应速率，然后进行比较。A．v(H2）＝0.1 mol·L－1·min－1，则V(N2）=0.033 mol·L－1·min－1，B．v(N2）＝0.1 mol·L－1·min－1；C．v(NH3）＝0.15 mol·L－1·min－1，则v(N2）＝0.075 mol·L－1·min－1， D．v(N2）＝0.002mol·L－1·s－1；v(N2）＝0.12mol·L－1·min－1，故反应速率最快的是D。（3）A．由于该反应的反应物、生成物都是气体，因此在任何时刻容器内气体密度都保持不变，故不能根据密度不变确定反应达到平衡状态，错误；B．该反应伴随能量变化，因此若容器内温度不再变化，则反应处于平衡状态，正确；C．断裂1mol N≡N键的同时就产生6mol N—H键，还断裂6 mol N—H键，则NH3的浓度不变，反应处于平衡状态，正确；D．反应消耗N2、H2与产生NH3的速率之比1︰3︰2，反应可能处于平衡状态，也可能处于非平衡状态，这与反应条件有关，因此不能判断反应是否处于平衡状态，错误。

考点：考查化学反应速率、化学平衡移动的知识。