Question

9．某探究小組用HNO₃與大理石反應過程中質量減小的方法研究影響反應速率的因素．所用HNO₃濃度為1.00mol/L、2.00mol/L，大理石有細顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格，實驗溫度為298K、308K，每次實驗HN0₃的用量為25.0mL、大理石用量為10.00g．
（1）請完成以下實驗設計表，在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號：

試驗編號	T/K	大理石規(guī)格	HNO3濃度mol/L	實驗目的
①	298	粗顆粒	2.00	實驗①和②探究HNO3 濃度對該反應速率的影響； （II）實驗①和____探究溫度對該反應速率的影響； （III）實驗①和____探究大理石規(guī)格（粗、細）對該反應速率的影響．
②	298	粗顆粒	1.00
③	308	粗顆粒	2.00
④	298	細顆粒	2.00

（2）實驗①中CO₂質量隨時間變化的關系見圖1：

依據(jù)反應方程式CaCO₃+2HNO₃=Ca（NO₃）₂+CO₂↑+H₂O，計算實驗①在70～90s范圍內HNO₃的平均反應速率0.01mol•L^-1•S^-1．（忽略溶液體積變化）
（3）請在圖1中，畫出實驗②和③中CO₂質量隨時間變化關系的預期結果示意圖，并標出線的序號此空刪去．
（4）工業(yè)上己實現(xiàn)CO₂和H₂反應生成甲醇的轉化．己知：在一恒溫、恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3molH₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）．測得CO₂和CH₃OH （g）的濃度隨時間變化如圖2所示．請回答：
①達到平衡時H₂的轉化率為755．在前10min內，用CO₂表示的反應速率：V（CO₂）=0.075mol/（L•min）
②能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是ab．
a．容器壓強不變        b．混合氣體中c（CO₂）不變
c．v（CH₃OH）=v（H₂O）    d．c（CH₃OH）=c（H₂O）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的目的和影響化學反應速率的因素來設計實驗；
（2）由CO₂質量隨時間變化的關系圖得出70-90s二氧化碳的增加量，再根據(jù)方程式計算硝酸的量，然后計算實驗①在70-90s范圍內HNO₃的平均反應速率；
（3）根據(jù)②、③的硝酸用量及溫度、大理石規(guī)格，對比①畫出實驗②和③中CO₂質量隨時間變化關系的預期結果示意圖；
（4）①結合化學平衡三行計算列式計算得到，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，反應速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②根據(jù)化學平衡時正逆反應速率相等，各組分含量保持不變分析各選項；

解答 解：（1）由實驗目的可知，探究濃度、接觸面積對化學反應速率的影響，
則實驗①②的溫度、大理石規(guī)格相同，只有濃度不同，實驗①③中只有溫度不同，實驗①④中只有大理石規(guī)格不同，故答案為：

實驗編號	T/K	大理石規(guī)格	HNO3濃度/mol•L-1	實驗目的
①				（Ⅱ）③； （Ⅲ）④．
②
③
④

（2）由圖可知70至90S，CO₂生成的質量為m（CO₂）=0.95g-0.84g=0.11g，物質的量為n（CO₂）=0.0025mol，
由$\frac{1}{2}$CaCO₃+HNO₃═$\frac{1}{2}$Ca（NO₃）₂+$\frac{1}{2}$CO₂↑+$\frac{1}{2}$H₂O可知消耗HNO₃的物質的量為n（HNO₃）=0.025mol×2=0.05mol，
又溶液體積為25ml=0.025L，所以HNO₃減少的濃度△c（HNO₃）=0.2mol•L^-1，
反應的時間t=90s-70s=20s
所以HNO₃在70-90S范圍內的平均反應速率為v（HNO₃）=$\frac{△c}{△t}$=0.01mol•L^-1•S^-1，
故答案為：0.01mol•L^-1•S^-1；
（3）由于②硝酸濃度是①的一半，所以反應速率比①小，生成的二氧化碳是①的一半；
③中的硝酸濃度與①相同，所以生成的二氧化碳物質的量相等，但是溫度③最高，反應速率最快，
根據(jù)以上畫出實驗②和③中CO₂質量隨時間變化關系的預期結果示意圖為：
，
故答案為：；
（4）在一恒溫、恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3molH₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）．測得CO₂和CH₃OH （g）的濃度隨時間變化如圖2所示．生成甲醇濃度0.75mol/L，消耗二氧化碳物質的量濃度=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，體積為1L，化學平衡三行計算得到，
                          CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）．
起始量（mol/L）   1              3               0                 0
變化量（mol/L）   0.75         2.25           0.75             0.75
平衡量（mol/L） 0.25           0.75          0.75             0.75
①達到平衡時H₂的轉化率=$\frac{2.25mol/L}{3mol/L}$×100%=75%，在前10min內，用CO₂表示的反應速率：V（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），
故答案為：75%；0.075；
②CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
a．反應前后氣體物質的量變化，當容器壓強不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．混合氣體中c（CO₂）不變是平衡標志，故b正確；
c．速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，v（CH₃OH）=v（H₂O）反應過程中始終相同，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．甲醇和水是生成物，化學方程式中1；1生成，濃度始終相同，c（CH₃OH）=c（H₂O）不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故d錯誤，
故答案為：a、b．

點評 本題考查化學反應速率的影響因素、化學反應速率的計算，化學平衡的特征等，注意信息中提高的條件及圖象的分析是解答的關鍵，較好的考查學生綜合應用知識的能力，題目難度中等．