Question

【題目】（I）目前，汽車廠商常利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉化成CO2和N2，化學方程式如下：2NO＋2CO2CO2＋N2。為研究如何提高該轉化過程反應速率，某課題組進行了以下實驗探究。

【資料查閱】①不同的催化劑對同一反應的催化效率不同；

②使用相同的催化劑，當催化劑質量相等時，催化劑的比表面積對催化效率有影響。

【實驗設計】課題組為探究某些外界條件對汽車尾氣轉化反應速率的影響規律，設計了以下對比實驗。

（1）完成以下實驗設計表（表中不要留空格）。

【圖像分析與結論】利用氣體傳感器測定了三組實驗中CO濃度隨時間變化的曲線圖，如下：

（2）計算第Ⅰ組實驗中，達平衡時NO的濃度為__________________； NO 的轉化率為

（3）由曲線Ⅰ、Ⅱ可知，增大催化劑比表面積，汽車尾氣轉化速率_____________（填“增大”、“減小”、“無影響”）。

（II）隨著世界糧食需求量的增長，農業對化學肥料的需求量越來越大，其中氮肥是需求量最大的一種化肥。而氨的合成為氮肥的生產工業奠定了基礎，其原理為：N2＋3H22NH3

（1）在N2＋3H22NH3的反應中，一段時間后，NH3的濃度增加了0.9mol·L－1。用N2表示其反應速率為0.15 mol·L－1·s－1，則所經過的時間為 ；

A．2 s B．3 s C．4 s D．6 s

（2）下列4個數據是在不同條件下測得的合成氨反應的速率，其中反應最快的是 ；

A．v(H2)＝0.1 mol·L－1·min－1 B．v(N2)＝0.1 mol·L－1·min－1

C．v(NH3)＝0.15 mol·L－1·min－1 D．v(N2)＝0.002mol·L－1·s－1

（3）在一個絕熱（與外界沒有熱交換）、容積不變的密閉容器中發生可逆反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) △H＜0。下列各項能說明該反應已經達到平衡狀態的是 。

A．容器內氣體密度保持不變 B．容器內溫度不再變化 C．斷裂1mol N≡N鍵的同時，生成6 mol N—H鍵 D． 2v正(H2)=3v逆(NH3) E．反應混合氣體的平均相對分子質量不變 F．C(H2)： C(N2)： C(NH3)= 3：1：2

Answer 1

【答案】

（Ⅰ）（1）（2）3.00×10-3 mol/L；50%（3）增大

（Ⅱ）（1）B（2）D （3）BDE

【解析】

試題分析：（Ⅰ）（1）探究一種影響因素，必須保持其他影響因素是一致，通過對比Ⅱ和Ⅰ的條件可知，兩者的區別是催化劑的比表面積不同，故其他的影響因素均應相同，故Ⅱ中溫度為280T，NO初始濃度為6.50×10-3mol/L，CO初始濃度為4.00×10-3mol/L，而且Ⅱ探究的是催化劑比表面積對尾氣轉化速率的影響，

故答案為：

（2）通過圖象可知，平衡時CO的平衡濃度為1.00×10-3mol/L，可得出CO的濃度該變量△c(CO)=4.00×10-3mol/L-1.00×10-3mol/L=3.00×10-3mol/L，在一個反應中，各物質的濃度的改變量之比等于計量數之比，故NO的濃度的該變量△c(NO)=3.00×10-3mol/L，故NO的平衡濃度c(NO)=6.00×10-3mol/L-3.00×10-3mol/L=3.00×10-3mol/L，轉化率α ==50%

故答案為：3.00×10-3mol/L；

（3）由圖象可知，增大催化劑比表面積后，縮短了到達平衡的時間，故增大了反應速率。

故答案為：增大。

（II）（1）由于v（N2）=0.15mol/（Ls），速率之比等于化學計量數之比，所以v（NH3）=2v（N2）=2×0.15mol/（Ls）=0.3mol/（Ls），所以反應所經歷的時間為 0.9mol/L÷0.3mol/（Ls）=3s，

故答案為：B；

（2）反應為N2（g）+3H2（g）2NH3（g），以氫氣的反應速率為標準進行判斷：

A．v（H2）=0.1molL-1min-1；B．v（N2）=0.1molL-1min-1，反應速率之比等于其計量數之比，所以v（H2）=3v（N2）=0.3molL-1min-1；C．v（NH3）=0.15molL-1min-1，反應速率之比等于其計量數之比，所以v（H2）=1.5v（NH3）=0.225mol/（Lmin）；D．v（N2）=0.002molL-1s-1=0.12molL-1min-1，反應速率之比等于其計量數之比，所以v（H2）=3v（N2）=0.36mol/（Lmin），所以反應速率最快的是D。

故答案為：D；

（3）A．根據質量守恒，反應前后混合氣體的質量不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，不能證明該反應是否達到平衡狀態，故A錯誤；B．該反應放熱，容器內溫度不再變化，能證明該反應是達到平衡狀態，故B正確；C．無論反應是否平衡，斷裂1molN≡N鍵的同時，肯定生成6molN-H鍵，不能證明該反應達到平衡狀態，故C錯誤；D．無論反應是否平衡，始終有2v正(H2)=3v正(NH3)，現已知2v正(H2)=3v逆(NH3)，可得v正(NH3) =v逆(NH3)，則說明反應已達平衡，故D正確；E．根據質量守恒，反應前后混合氣體的質量不變，如果反應混合氣體的平均相對分子質量不變，則說明容器中混合氣體的物質的量不再變化，由于該反應是氣體體積減小的反應，說明該反應已達平衡，故E正確；F．容器中N2、H2、NH3濃度之比可能為1：3：2，也可能不等，與各物質的初始濃度及轉化率有關，故F錯誤。

故答案為：BDE。