Question

9．某探究小組用HNO₃與大理石反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量減小的方法研究影響反應(yīng)速率的因素．所用HNO₃濃度為1.00mol/L、2.00mol/L，大理石有細(xì)顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格，實(shí)驗(yàn)溫度為298K、308K，每次實(shí)驗(yàn)HN0₃的用量為25.0mL、大理石用量為10.00g．
（1）請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)：

試驗(yàn)編號(hào)	T/K	大理石規(guī)格	HNO3濃度mol/L	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/TD>
①	298	粗顆粒	2.00	實(shí)驗(yàn)①和②探究HNO3 濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （II）實(shí)驗(yàn)①和____探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （III）實(shí)驗(yàn)①和____探究大理石規(guī)格（粗、細(xì)）對(duì)該反應(yīng)速率的影響．
②	298	粗顆粒	1.00
③	308	粗顆粒	2.00
④	298	細(xì)顆粒	2.00

（2）實(shí)驗(yàn)①中CO₂質(zhì)量隨時(shí)間變化的關(guān)系見(jiàn)圖1：

依據(jù)反應(yīng)方程式CaCO₃+2HNO₃=Ca（NO₃）₂+CO₂↑+H₂O，計(jì)算實(shí)驗(yàn)①在70～90s范圍內(nèi)HNO₃的平均反應(yīng)速率0.01mol•L^-1•S^-1．（忽略溶液體積變化）
（3）請(qǐng)?jiān)趫D1中，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)②和③中CO₂質(zhì)量隨時(shí)間變化關(guān)系的預(yù)期結(jié)果示意圖，并標(biāo)出線的序號(hào)此空刪去．
（4）工業(yè)上己實(shí)現(xiàn)CO₂和H₂反應(yīng)生成甲醇的轉(zhuǎn)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(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）．測(cè)得CO₂和CH₃OH （g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．請(qǐng)回答：
①達(dá)到平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率為755．在前10min內(nèi)，用CO₂表示的反應(yīng)速率：V（CO₂）=0.075mol/（L•min）
②能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是ab．
a．容器壓強(qiáng)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(shí)驗(yàn)的目的和影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；
（2）由CO₂質(zhì)量隨時(shí)間變化的關(guān)系圖得出70-90s二氧化碳的增加量，再根據(jù)方程式計(jì)算硝酸的量，然后計(jì)算實(shí)驗(yàn)①在70-90s范圍內(nèi)HNO₃的平均反應(yīng)速率；
（3）根據(jù)②、③的硝酸用量及溫度、大理石規(guī)格，對(duì)比①畫(huà)出實(shí)驗(yàn)②和③中CO₂質(zhì)量隨時(shí)間變化關(guān)系的預(yù)期結(jié)果示意圖；
（4）①結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算得到，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②根據(jù)化學(xué)平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，各組分含量保持不變分析各選項(xiàng)；

解答 解：（1）由實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍�，探究濃度、接觸面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，
則實(shí)驗(yàn)①②的溫度、大理石規(guī)格相同，只有濃度不同，實(shí)驗(yàn)①③中只有溫度不同，實(shí)驗(yàn)①④中只有大理石規(guī)格不同，故答案為：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/K	大理石規(guī)格	HNO3濃度/mol•L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/TD>
①				（Ⅱ）③； （Ⅲ）④．
②
③
④

（2）由圖可知70至90S，CO₂生成的質(zhì)量為m（CO₂）=0.95g-0.84g=0.11g，物質(zhì)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(zhì)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(yīng)的時(shí)間t=90s-70s=20s
所以HNO₃在70-90S范圍內(nèi)的平均反應(yīng)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(yīng)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(zhì)的量相等，但是溫度③最高，反應(yīng)速率最快，
根據(jù)以上畫(huà)出實(shí)驗(yàn)②和③中CO₂質(zhì)量隨時(shí)間變化關(guān)系的預(yù)期結(jié)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(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）．測(cè)得CO₂和CH₃OH （g）的濃度隨時(shí)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(zhì)的量濃度=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，體積為1L，化學(xué)平衡三行計(jì)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(dá)到平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2.25mol/L}{3mol/L}$×100%=75%，在前10min內(nèi)，用CO₂表示的反應(yīng)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(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，當(dāng)容器壓強(qiáng)不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．混合氣體中c（CO₂）不變是平衡標(biāo)志，故b正確；
c．速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，v（CH₃OH）=v（H₂O）反應(yīng)過(guò)程中始終相同，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．甲醇和水是生成物，化學(xué)方程式中1；1生成，濃度始終相同，c（CH₃OH）=c（H₂O）不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤，
故答案為：a、b．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算，化學(xué)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(guān)鍵，較好的考查學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，題目難度中等．