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:

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  • 解题思路:(1)发生反应2NO+2CO⇌2CO2+N2,该反应为气体减少,△S<0非自发,由△G=△H-T△S可知,该反应一定为放热才有可能自发;

    (2)根据v=[△c/△t]计算v(NO),再利用速率之比等于化学计量数之比计算v(N2);

    (3)由表中数据可知,4s时反应到达平衡状态,平衡时c(NO)=1.00×10-4mol/L,故△c(NO)=1.00×10-3mol/L-1.00×10-4mol/L=9×10-4mol/L,利用三段式计算出平衡时各组分的平衡浓度,代入平衡常数表达式计算;

    (4)达到平衡时提高NO转化率,应使平衡向正反应移动,根据平衡移动原理结合选项解答,注意不能只增大NO的浓度;

    (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)发生反应2NO+2CO⇌2CO2+N2,该反应为气体减少,△S<0非自发,由△G=△H-T△S可知,该反应一定为放热才有可能自发,即△H<0,

    故答案为:<;

    (2)v(NO)=

    1×10−3mol/L−2.5×10−4mol/L

    2s=3.75×10-4mol/(L•s),速率之比等于化学计量数之比,所以v(N2)=[1/2]v(NO)=[1/2]×3.75×10-4mol/(L•s)=1.875×10-4mol/(L•s),

    故答案为:1.875×10-4mol/(L•s);

    (3)由表中数据可知,4s时反应到达平衡状态,平衡时c(NO)=1.00×10-4mol/L,故△c(NO)=1.00×10-3mol/L-1.00×10-4mol/L=9×10-4mol/L,则:

    2NO+2CO⇌2CO2+N2

    开始(×10-4mol/L):10 36 0 0

    变化(×10-4mol/L):9 9 9 4.5

    平衡(×10-4mol/L):1 27 9 4.5

    所以该温度下平衡常数k=

    (9×10−4)2×4.5×10−4

    (1×10−4)2×(27×10−4)2=5000

    故答案为:5000;

    (4)A、催化剂不影响平衡的移动,故A错误,

    B、该反应放热,升高温度平衡向逆反应移动,NO的转化率降低,故B错误,

    C、该反应放热,降温平衡正向移动,NO转化率增大,故C正确,

    D、缩小体积,增大压强,平衡向体积减小的方向运动,即正向移动,NO转化率增大,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℃,

    故答案为: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:

    故答案为:

    点评:

    本题考点: 化学平衡的计算;化学平衡的影响因素;物质的量或浓度随时间的变化曲线.

    考点点评: 本题考查化学平衡的计算、平衡移动影响因素、影响速率因素探究实验,题目计算量大、阅读量大,是对学生心理素质的考验,难度较大,注意三段式解题法的理解运用,全面掌握基础知识.