Question

【題目】目前正研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO2和N2，化學方程式如下：2NO+2CO2CO2+N2+Q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濃度如下表

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	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)前2s內的平均反應速率v(N2)=____________；

(2)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CO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

(3)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；請在下表空格中填入剩余的實驗條件數據。

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

(4)請畫出題表中的三個實驗條件下混合氣體中CO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。______________

(5)消除一氧化氮可以用在水的存在下通入氧氣加以除去�，F將標準狀況下的一試管一氧化氮氣體倒置于水中，慢慢通入氧氣，溶液充滿整個試管，若不考慮溶質的擴散，則試管內稀硝酸的濃度為_________mol/L；若繼續通入氧氣，將試管內溶液排除一半，則剩余稀硝酸的濃度為__________mol/L。

(6)利用氨氣的還原性也可以除去氮氧化合物(NOx)，當氨氣與NOx等物質的量恰好反應生成氮氣和水，則x=_________。

Answer 1

【答案】1.875×10-4 mol/(Ls) CD 280 1.20×10-3 5.80×10-3 1.20×10-3 5.80×10-3 0.045 0.045 1.5

【解析】

(1)依據化學反應速率的概念結合圖表數據分析計算一氧化氮的反應速率，結合速率之比等于系數之比；

(2)提高NO轉化率，平衡正向進行；

(3)根據實驗目的驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，則應保證濃度相同，然后相同溫度時比較催化劑比表面積，相同催化劑比表面積時比較溫度；

(4)利用影響化學反應速率及化學平衡的因素來分析圖象，利用影響化學反應速率及化學平衡的因素來分析、完成實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖；

(5)據原子守恒，NO的物質的量與硝酸的物質的量相同，假設試管體積為V L，可以求算出NO氣體的物質的量；充入氧氣排出體積的溶液，剩余溶液濃度不變；

(6)依據氧化還原反應中得失電子守恒解答。

(1)前2s內的平均反應速度v(NO)==3.75×10-4 mol/(Ls)，由于用不同物質表示的化學反應速率，速率比等于化學計量數的比，v(N2)：v(NO)=1：2，可得到v(N2)=1.875×10-4 mol/(Ls)；

(2)對于反應2NO+2CO2CO2+N2，該反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應。

A. 選用更有效的催化劑，只能改變反應速率，不能改變平衡，A錯誤；

B. 反應是放熱反應，升高反應體系的溫度，化學平衡逆向進行，CO的轉化率減小，B錯誤；

C. 反應是放熱反應，降低反應體系的溫度，平衡正向進行，CO轉化率增大，C正確；

D. 縮小容器的體積，壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向進行，平衡正向進行，CO轉化率增大，D正確；

故合理選項是CD；

(3)因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應控制溫度相同，所有物質的濃度應控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響；故反應條件：溫度T=280℃；c(NO)= 1.20×10-3 mol/L；c(CO)=5.80×10-3 mol/L；

Ⅱ、Ⅲ比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應控制相同來驗證反應溫度對速率的影響；，

故反應條件：c(NO)= 1.20×10-3 mol/L；c(CO)=5.80×10-3 mol/L；

(4)因Ⅰ、Ⅱ溫度相同，催化劑對平衡移動無影響，則平衡不移動，但Ⅱ的速率大，則Ⅱ先達到化學平衡，Ⅰ、Ⅱ達平衡時NO的濃度相同，NO起始濃度為1.20×10-3 mol/L；Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ的起始濃度相同，Ⅲ催化劑的比表面積等于Ⅱ大于Ⅰ，溫度高于Ⅰ和Ⅱ，反應放熱，升溫時NO轉化率降低，達到平衡所用時間短，所以表中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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：；

(5)據原子守恒，NO的物質的量與硝酸的物質的量相同，假設試管體積為V L，則n(NO)=n(HNO3)= mol，溶液充滿整個試管，則硝酸溶液的體積為V L，則硝酸溶液的濃度c(HNO3)= mol/L=0.45 mol/L；充入氧氣排出體積的溶液，剩余溶液濃度不變，故剩余溶液的濃度為0.045 mol/L；

(6)假設有氨氣1 mol，氨氣與NOx等物質的量恰好反應生成N2和水，則1 mol氨氣失去電子1.5 mol，據氧化還原反應中電子守恒，1 mol NOx得電子1.5 mol，所以x=1.5。