Question

3．汽車尾氣中的主要污染物是NO以及燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的CO．為了減輕大氣污染，人們提出通過以下反應來處理汽車尾氣：
2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）△H=a kJ•mol^-1
為了測定在某種催化劑作用下該反應的反應速率，t₁℃下，在一定容的密閉容器中，某科研機構用氣體傳感器測得了不同時間的NO和CO的濃度如下表（CO₂和N₂的起始濃度均為0）．

時間 （s）	0	1	2	3	4	5
c（NO）/10-4mol/L	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）/10-3mol/L	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

回答下列問題：
（1）在上述條件下該反應能自發(fā)進行，則正反應必然是放熱反應（填“放熱”或“吸熱”）．
（2）前3s內(nèi)的平均反應速率υ（N₂）=1.42×10^-4mol•L^-1•S^-1，t₁℃時該反應的平衡常數(shù)K=5000（mol•L^-1）^-1．
（3）t₁℃時向一恒壓容器中沖入1molNO和1mol CO，達到平衡時測得NO的物質的量為0.2mol，則此時容器的體積V=31.25 L
（4）假設在密閉容器中發(fā)生上述反應，達到平衡時改變下列條件，能提高NO轉化率的是CD．
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．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)△G=△H-T•△S＜0能自發(fā)進行判斷；
（2）計算出NO的反應速率，根據(jù)反應速率與化學計量數(shù)的關系可計算v（N₂），計算出平衡時各物質的濃度，可計算平衡常數(shù)；
（3）設容器的體積為xL，根據(jù)反應方程式結合平衡時測得NO的物質的量為0.2mol，可知平衡時各物質的濃度，利用平衡常數(shù)可求得x，利用三段式分析；
（4）能提高NO轉化率，應使平衡向正向移動，結合溫度、濃度等外界條件對平衡移動的影響解答．

解答 解：（1）由反應能夠自發(fā)進行，則△H-T△S＜0，由方程式可知△S＜0，則只有該反應的△H＜0時，即該反應一定是放熱才有可能自發(fā)進行，
故答案為：放熱；
（2）前3s內(nèi)的平均反應速率v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（N0）=$\frac{1}{2}$×$\frac{10.0×10{\;}^{-4}mol/L-1.50×10{\;}^{-4}mol/L}{3s}$=1.42×10^-4 mol•L^-1•S^-1，
由表格中的數(shù)據(jù)可知到4s時達到化學平衡，則
                    2NO+2CO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂ +N₂，
開始（mol/L）  1.00×10^-3 3.60×10^-3      0       0
轉化（mol/L）  9×10^-4 9×10^-4 9×10^-4 4.50×10^-4
平衡（mol/L）  1.00×10^-4 2.70×10^-3 9×10^-4 4.50×10^-4
則 K=$\frac{（4.50×10{\;}^{-4}）•（9×10{\;}^{-4}）{\;}^{2}}{（1.00×10{\;}^{-4}）•（2.7×10{\;}^{-3}）{\;}^{2}}$=5000，
故答案為：1.42×10^-4 mol•L^-1•S^-1；5000（mol•L^-1 ）^-1；
（3）設容器的體積為xL，
利用三段式：2NO+2CO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂ +N₂，
開始（mol/L）   $\frac{1}{x}$       $\frac{1}{x}$          0        0
轉化（mol/L） $\frac{0.8}{x}$  $\frac{0.8}{x}$  $\frac{0.8}{x}$ ^{$\frac{0.4}{x}$}
平衡（mol/L） $\frac{0.2}{x}$      $\frac{0.2}{x}$       $\frac{0.8}{x}$   $\frac{0.4}{x}$                              
所以$\frac{（\frac{0.8}{x}）^{2}•\frac{0.4}{x}}{（\frac{0.2}{x}）^{2}（\frac{0.2}{x}）^{2}}$=5000，所以x=31.25L，
故答案為：31.25；
（4）A．選用更有效的催化劑，不能使平衡發(fā)生移動，故A錯誤；
B．升高反應體系的溫度，因反應放熱，則平衡逆向移動，轉化率減小，故B錯誤；
C．降低反應體系的溫度，平衡正向移動，轉化率增大，故C正確；
D．縮小容器的體積，平衡正向移動，轉化率增大，故D正確，
故答案為：CD．

點評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應用、平衡移動的影響以及相關計算，側重于學生的分析能力、計算能力的考查，為高考常見題型，難度較大．