Question

3．草酸（H₂C₂O₄）與高錳酸鉀在酸性條件下能夠發(fā)生如下反應(yīng)：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═2MnSO₄+10CO₂↑+K₂SO₄+8H₂O用一定量的混合溶液（其中KMnO₄為4.0mL 0.2mol•L^-1、H₂C₂O₄為2.0mL 0.5mol•L^-1）來探究不同條件對化學反應(yīng)速率的影響．改變的條件如下：

組別	10%硫酸體積/mL	溫度/℃	其他物質(zhì)
①	2	20
②	2	20	10滴飽和MnSO4溶液
③	2	30
④	1	30	1mL蒸餾水

（1）如果研究催化劑對化學反應(yīng)速率的影響，使用實驗①和②（用①～④表示，下同）；如果研究溫度對化學反應(yīng)速率的影響，使用實驗①和③．
（2）經(jīng)過5分鐘反應(yīng)，實驗①中草酸完全消耗，則草酸的平均反應(yīng)速率為0.025mol/（L•min）．
（3）反應(yīng)生成的CO₂可以用來合成甲醇（CH₃OH）：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），
該反應(yīng)是放熱反應(yīng)．斷裂1mol CO₂中的化學鍵消耗能量Q₁kJ，斷裂1mol H₂中的化學鍵消耗能量Q₂kJ，形成1mol CH₃OH中的化學鍵釋放能量Q₃kJ，形成1mol H₂O中的化學鍵釋放能量Q₄kJ，則該條件下，生成1mol CH₃OH放出的能量為（3Q₃+Q₄-3Q₂-Q₁）kJ （用Q₁、Q₂、Q₃、Q₄的計算式表示）．
（4）在一定條件下，密閉容器中進行的反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
達到化學平衡狀態(tài)，下列說法正確的是B（填序號）．
A．各物質(zhì)的濃度相等
B．消耗3mol H₂的同時消耗1mol CH₃OH
C．反應(yīng)達到平衡時，升高溫度反應(yīng)速率不變．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)對照試驗中變量的唯一性進行判斷，如：研究催化劑對化學反應(yīng)速率的影響，除了催化劑情況不同，其它條件完全相同；如果研究溫度對化學反應(yīng)速率的影響，除了溫度不同，其它條件完全相同；
（2）計算出混合液中草酸的濃度，然后根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算出該時間段內(nèi)草酸的平均反應(yīng)速率；
（3）反應(yīng)放出能量=生成物形成新鍵放出的總能量-反應(yīng)物斷裂舊鍵吸收的總能量，據(jù)此進行計算；
（4）可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進行判斷．

解答 解：（1）如果研究催化劑對化學反應(yīng)速率的影響，應(yīng)該除了催化劑不同，其它條件完全相同，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，①②中溫度、硫酸的體積完全相同，應(yīng)該是探究催化劑對反應(yīng)速率的影響；實驗①和③中除了溫度不同外，其它條件完全相同，則探究的是溫度對反應(yīng)速率的影響，
故答案為：①；②；①；③；
（2）經(jīng)過5分鐘反應(yīng)，實驗①中草酸完全消耗，混合液中草酸濃度為：$\frac{0.5mol/L×0.002L}{0.004L+0.002L+0.002L}$=0.125mol/L，則草酸的平均反應(yīng)速率為：$\frac{0.125mol/L}{5min}$=0.025mol/（L•min），
故答案為：0.025mol/（L•min）；
（3）反應(yīng)生成的CO₂可以用來合成甲醇（CH₃OH）：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，斷裂1mol CO₂中的化學鍵消耗能量Q₁kJ，斷裂1mol H₂中的化學鍵消耗能量Q₂kJ，形成1mol CH₃OH中的化學鍵釋放能量Q₃kJ，形成1mol H₂O中的化學鍵釋放能量Q₄kJ，則該條件下，生成1mol CH₃OH放出的能量=生成物形成新鍵放出的總能量-反應(yīng)物斷裂舊鍵吸收的總能量=3Q₃kJ+Q₄kJ-3Q₂kJ-Q₁kJ=（3Q₃+Q₄-3Q₂-Q₁）kJ，
故答案為：（3Q₃+Q₄-3Q₂-Q₁）kJ；
（4）A．達到平衡狀態(tài)時，各組分的濃度不再變化，但各物質(zhì)的濃度不一定相等，故A錯誤；
B．該可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，若消耗3mol H₂，則同時消耗1mol CH₃OH，故B正確；
C．升高溫度后，正逆反應(yīng)速率都會增大，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則平衡向著逆向移動，故C錯誤；
故答案為：B．

點評 本題考查了影響化學反應(yīng)速率的因素、熱化學方程式的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷等知識，題目難度中等，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．