Question

超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO₂和N₂，其反应为：2NO+2CO2CO₂+N₂（降温后该反应的平衡常数变大）为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：

时间（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

请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：

（1）反应的Q___0（填写“＞”、“＜”、“=”）。

（2）前2s内的平均反应速率v（N₂）=___。

（3）计算在该温度下，反应的平衡常数K=___。

（4）假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是___。

A．选用更有效的催化剂

B．升高反应体系的温度

C．降低反应体系的温度

D．缩小容器的体积

（5）研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。

实验 编号	T（℃）	NO初始浓度 （mol/L）	CO初始浓度 （mol/L）	催化剂的比表面积（m^2/g）
Ⅰ	280	1.20×10^-3	5.80×10^-3	82
Ⅱ	___	___	___	124
Ⅲ	350	___	___	124

①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。

②请在给出的坐标图中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线的实验编号___。

Answer

＞ 1.88×10-4mol•L-1•s-1 5000 C、D 280 1.20×10-3 5.80×10-3 1.20×10-3 5.80×10-3

【解析】

(1)结合平衡随温度变化情况分析；

(2)根据v=计算平均反应速率v(NO)，再计算v(N2)；

(3)反应2NO+2CO2CO2+N2的反应的平衡常数表达式K=，再结合平衡时各物质的浓度计算平常常数；

(4)结合影响平衡移动的因素分析；

(5)①目的是研究温度和催化剂的比表面积对反应速率的影响，所以在实验时应保持NO、CO的初始浓度不变，让温度、比表面积其中一个量变化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响，因此可确定Ⅱ中温度为280℃；

②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响，因此可确定Ⅱ中温度为280℃；Ⅱ、Ⅲ的催化剂比表面积相同，研究的是温度对速率的影响；Ⅰ、Ⅲ催化剂的比表面积不同，温度不同，研究温度、催化剂的比表面积对反应速率的影响；绘图时，要注意达平衡的时间、平衡浓度的相对大小：Ⅱ与Ⅰ温度相同，平衡不移动，平衡浓度相同，但Ⅱ催化剂比表面积增大，达平衡时间短；Ⅲ与Ⅱ的催化剂比表面积相同，Ⅲ温度高，温度升高，不仅达平衡时间缩短，平衡向左移动，使NO的平衡浓度也增大。

(1)其反应2NO+2CO2CO2+N2平衡后降温，该反应的平衡常数变大，说明降温平衡正向移动，即正反应放热，即反应的Q＞0；

(2)前2s内的平均反应速率v(NO)==0.375×10-4mol/(L·s)，则v(N2)=×0.375×10-4mol/(L·s)≈1.88×10-4mol•L-1•s-1；

(3)反应2NO+2CO2CO2+N2的反应的平衡常数表达式K=，4s后反应达到平衡，此时平衡浓度c(NO)= 1.00×10-4mol•L-1、c(CO)= 2.70×10-3mol•L-1、c(CO2)=9.0×10-4mol•L-1、c(N2)= 4.5×10-4mol•L-1，则在该温度下，反应的平衡常数K==5000；

(4)A．选用更有效的催化剂，可改变反应速率，但不改变平衡的移动，对NO的转化率无影响，故A错误；

B．升高反应体系的温度，平衡逆向移动，降低NO的转化率，故B错误；

C．降低反应体系的温度，平衡正向移动，提高NO的转化率，故C正确；

D．缩小容器的体积，压强增大，平衡正向移动，提高NO的转化率，故D正确；

故答案为CD；

(5)①目的是研究温度和催化剂的比表面积对反应速率的影响，所以在实验时应保持NO、CO的初始浓度不变，让温度、比表面积其中一个量变化，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响，因此可确定Ⅱ中温度为280℃，故上表空格中填入剩余的实验条件数据为：Ⅱ、280；1.20×10-3；5.80×10-3；Ⅲ、1.20×10-3；5.80×10-3；

②Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响；Ⅱ、Ⅲ的催化剂比表面积相同，研究的是温度对速率的影响；Ⅰ、Ⅲ催化剂的比表面积不同，温度不同，研究温度、催化剂的比表面积对反应速率的影响；绘图时，要注意达平衡的时间、平衡浓度的相对大小：Ⅱ与Ⅰ温度相同，平衡不移动，平衡浓度相同，但Ⅱ催化剂比表面积增大，达平衡时间短；Ⅲ与Ⅱ的催化剂比表面积相同，Ⅲ温度高，温度升高，不仅达平衡时间缩短，平衡向左移动，使NO的平衡浓度也增大，三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图为：。