Question

2．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(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO₂和N₂，其反應(yīng)為：2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．
為了測定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間（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

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(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=1.88×10^-4mol•L^-1•S^-1．
（2）在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5000 L•mol^-1．
（3）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設(shè)計表中．

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

①請在上表空格中填入剩余的實驗條件數(shù)據(jù)．
②請在給出的坐標(biāo)圖中，畫出上表中的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，并標(biāo)明各條曲線的實驗編號．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的概念結(jié)合圖表數(shù)據(jù)分析計算一氧化氮的反應(yīng)速率，結(jié)合速率之比等于系數(shù)之比；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)概念是利用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
（3）①根據(jù)實驗?zāi)康尿炞C溫度、催化劑比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，則應(yīng)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；
②Ⅰ、Ⅱ溫度相同，平衡不移動，但Ⅱ的速率大；Ⅲ的溫度高，速率最大且平衡逆移，c（NO）增大．

解答 解：（1）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速度v（NO）=3.75×10^-4mol/L•s：v（N₂）：v（NO）=1：2得到v（N₂）=1.88×10^-4mol/（L•s），
故答案為：1.875×10^-4mol/（L•s）；
（2）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算，
                    2NO+2CO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂
起始量（mol/L） 10×10^-4 3.6×10^-3  0    0
變化量（mol/L） 9×10^-4 9×10^-4   9×10^-4 4.5×10^-4
平衡量（mol/L） 1×10^-4 2.7×10^-3 9×10^-4 4.5×10^-4
反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）c（{N}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$=$\frac{（9×1{0}^{-4}）^{2}×4.5×1{0}^{-4}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}×（2.7×1{0}^{-3}）^{2}}$=5000 L•mol^-1；
故答案為：5000 L•mol^-1；
（3）①因Ⅰ、Ⅱ比表面積不同，則應(yīng)控制溫度相同，所有濃度應(yīng)控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響；
I、Ⅲ比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應(yīng)控制相同來驗證反應(yīng)溫度對速率的影響，
故答案為：

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	280	1.20×10-3	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	124

②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(dá)到化學(xué)平衡，Ⅰ、Ⅱ達(dá)平衡時NO的濃度相同；
而Ⅲ的溫度高，則反應(yīng)速率最大且平衡逆移，即達(dá)到化學(xué)平衡時c（NO）增大，圖象為，
故答案為：．

點評 本題綜合考查反應(yīng)速率、反應(yīng)方向、化學(xué)平衡等知識，并注重考查了學(xué)生對實驗化學(xué)的設(shè)計思路，充分體現(xiàn)了新課程變化，同時又注重了對高考熱點的考查，是較好的一道綜合題．