Question

【題目】超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層。科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO2和N2，其反應為：2NO＋2CO2CO2＋N2。假設常溫下在恒容的密閉容器中發生上述反應，試解答下列問題：

（1）上述條件下該反應能夠自發進行，則反應的ΔH_____0（填寫“＞”、“＜”、“＝”）。

（2）能判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是____________。

A．混合氣體的壓強保持不變

B．N2的濃度不再改變

C．消耗CO的物質的量與生成CO2的物質的量之比為1∶1

D．NO、CO、CO2、N2的物質的量之比為2∶2∶2∶1

（3）既要加快反應速率又要提高NO轉化率，下列措施可行的是____________。

　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

（4）為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，某科學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) ( molL－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) ( molL－1)	3.60×10－3	3.05×10－3	2.85×10－3	2.75×10－3	X	2.70×10－3

從表中數據分析可知：

①X＝____________mol·L－1；

②前2s內的平均反應速率v(N2)＝________________________mol·L－1·s－1；

③該溫度下反應的平衡常數K＝________________________。

Answer 1

【答案】＜ AB D 2.70×10－3 1.88×10－4 5000或5000 L·mol－1

【解析】

(1).根據自發反應△H－T△S<0判斷；

（2）根據平衡標志判斷；

（3）根據影響化學反應速率、平衡移動方向的因素分析；

（4）①參加反應的NO、CO的比為1:1，根據表格數據，4s內消耗NO 0.9×10－3 mol·L－1；②根據v(N2) 計算前2s內的平均反應速率；③利用“三段式”計算該溫度下反應的平衡常數。

2NO＋2CO2CO2＋N2 氣體物質的量減小，△S<0，自發反應△H－T△S<0，所以ΔH＜0；

（2）A．2NO＋2CO2CO2＋N2 氣體物質的量減小，壓強是變量，所以混合氣體的壓強保持不變時，一定達到平衡狀態，故A正確；

B．根據平衡定義， N2的濃度不再改變，達到平衡狀態，故B正確；

C．消耗CO與生成CO2都是指正反應，消耗CO的物質的量與生成CO2的物質的量之比為1∶1時，不一定平衡，故C錯誤；

D．NO、CO、CO2、N2的物質的量之比為2∶2∶2∶1時，濃度不一定保持不變，所以不一定平衡，故D錯誤。

（3）A．選用更有效的催化劑，平衡不移動，NO的轉化率不變，故不選A； B．溫度越高，反應速率越快；2NO＋2CO2CO2＋N2正反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，NO的轉化率減小，故不選B；

C．降低反應體系的溫度，反應速率減慢，故不選C；

D．2NO＋2CO2CO2＋N2正反應體積減小，縮小容器的體積，壓強增大，平衡正向移動，NO的轉化率增大、反應速率加快，故選D。

（4）①參加反應的NO、CO的比為1:1，根據表格數據，4s內消耗NO 0.9×10－3 mol·L－1，消耗CO的濃度也為0.9×10－3 mol·L－1，所以4s時CO的濃度X=3.60×10－3－0.9×10－3=2.70×10－3mol·L－1；

②前2s內△c(NO)=0.75×10－3mol·L－1，根據方程式△c(N2)=0.375×10－3mol·L－1,v(N2)= 0.375×10－3mol·L－1÷2s=1.88×10－4 mol·L－1·s－1；

③反應在4s時達到平衡，

2NO ＋ 2CO 2CO2 ＋ N2

開始1.00×10－3 3.60×10－3 0 0

轉化 0.9×10－3 0.9×10－3 0.9×10－3 0.45×10－3

平衡 0.1×10－3 2.7×10－3 0.9×10－3 0.45×10－3

=5000 L·mol－1 。