Question

（I）目前，汽车厂商常利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO₂和N₂，化学方程式如下：2NO＋2CO2CO₂＋N₂。为研究如何提高该转化过程反应速率，某课题组进行了以下实验探究。 

【资料查阅】①不同的催化剂对同一反应的催化效率不同；

②使用相同的催化剂，当催化剂质量相等时，催化剂的比表面积对催化效率有影响。

【实验设计】课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响规律，设计了以下对比实验。

（1）完成以下实验设计表（表中不要留空格）。

【图像分析与结论】利用气体传感器测定了三组实验中CO浓度随时间变化的曲线图，如下：

（2）计算第Ⅰ组实验中，达平衡时NO的浓度为__________________； NO 的转化率为              

（3）由曲线Ⅰ、Ⅱ可知，增大催化剂比表面积，汽车尾气转化速率_____________（填“增大”、“减小”、“无影响”）。

（II）随着世界粮食需求量的增长，农业对化学肥料的需求量越来越大，其中氮肥是需求量最大的一种化肥。而氨的合成为氮肥的生产工业奠定了基础，其原理为：N₂＋3H₂2NH₃

（1）在N₂＋3H₂2NH₃的反应中，一段时间后，NH₃的浓度增加了0.9mol·L^－1。用N₂表示其反应速率为0.15 mol·L^－1·s^－1，则所经过的时间为          ；

A．2 s          B．3 s        C．4 s         D．6 s

（2）下列4个数据是在不同条件下测得的合成氨反应的速率，其中反应最快的是         ；

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）在一个绝热（与外界没有热交换）、容积不变的密闭容器中发生可逆反应：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)  △H＜0。下列各项能说明该反应已经达到平衡状态的是             。

A．容器内气体密度保持不变      B．容器内温度不再变化    C．断裂1mol N≡N键的同时，生成6 mol N—H键   D． 2v_正(H₂)=3v_逆(NH₃)      E．反应混合气体的平均相对分子质量不变   F．C(H₂)： C(N₂)： C(NH₃)= 3：1：2

Answer

（Ⅰ）（1）（2）3.00×10-3 mol/L；50%（3）增大

（Ⅱ）（1）B（2）D （3）BDE

【解析】

试题分析：（Ⅰ）（1）探究一种影响因素，必须保持其他影响因素是一致，通过对比Ⅱ和Ⅰ的条件可知，两者的区别是催化剂的比表面积不同，故其他的影响因素均应相同，故Ⅱ中温度为280T，NO初始浓度为6.50×10-3mol/L，CO初始浓度为4.00×10-3mol/L，而且Ⅱ探究的是催化剂比表面积对尾气转化速率的影响，

故答案为：

（2）通过图象可知，平衡时CO的平衡浓度为1.00×10-3mol/L，可得出CO的浓度该变量△c(CO)=4.00×10-3mol/L-1.00×10-3mol/L=3.00×10-3mol/L，在一个反应中，各物质的浓度的改变量之比等于计量数之比，故NO的浓度的该变量△c(NO)=3.00×10-3mol/L，故NO的平衡浓度c(NO)=6.00×10-3mol/L-3.00×10-3mol/L=3.00×10-3mol/L，转化率α ==50%

故答案为：3.00×10-3mol/L；

（3）由图象可知，增大催化剂比表面积后，缩短了到达平衡的时间，故增大了反应速率。

故答案为：增大。

（II）（1）由于v（N2）=0.15mol/（L•s），速率之比等于化学计量数之比，所以v（NH3）=2v（N2）=2×0.15mol/（L•s）=0.3mol/（L•s），所以反应所经历的时间为 0.9mol/L÷0.3mol/（L•s）=3s，

故答案为：B；

（2）反应为N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g），以氢气的反应速率为标准进行判断：

A．v（H2）=0.1mol•L-1•min-1；B．v（N2）=0.1mol•L-1•min-1，反应速率之比等于其计量数之比，所以v（H2）=3v（N2）=0.3mol•L-1•min-1；C．v（NH3）=0.15mol•L-1•min-1，反应速率之比等于其计量数之比，所以v（H2）=1.5v（NH3）=0.225mol/（L•min）；D．v（N2）=0.002mol•L-1•s-1=0.12mol•L-1•min-1，反应速率之比等于其计量数之比，所以v（H2）=3v（N2）=0.36mol/（L•min），所以反应速率最快的是D。

故答案为：D；

（3）A．根据质量守恒，反应前后混合气体的质量不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，不能证明该反应是否达到平衡状态，故A错误；B．该反应放热，容器内温度不再变化，能证明该反应是达到平衡状态，故B正确；C．无论反应是否平衡，断裂1molN≡N键的同时，肯定生成6molN-H键，不能证明该反应达到平衡状态，故C错误；D．无论反应是否平衡，始终有2v正(H2)=3v正(NH3)，现已知2v正(H2)=3v逆(NH3)，可得v正(NH3) =v逆(NH3)，则说明反应已达平衡，故D正确；E．根据质量守恒，反应前后混合气体的质量不变，如果反应混合气体的平均相对分子质量不变，则说明容器中混合气体的物质的量不再变化，由于该反应是气体体积减小的反应，说明该反应已达平衡，故E正确；F．容器中N2、H2、NH3浓度之比可能为1：3：2，也可能不等，与各物质的初始浓度及转化率有关，故F错误。

故答案为：BDE。