Question

【题目】某探究小组用HNO3 与大理石反应过程中质量减小的方法研究影响反应速率的因素。所用HNO3浓度为1.00mol/L、2.00mol/L，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298K、308K，每次实验HN03 的用量为25.0mL、大理石用量为10.00g。

（1）请完成以下实验设计表，在实验目的一栏中填出对应的实验编号：

试验编号	T/K	大理石规格	HNO3浓度mol/L	实验目的
①	298	粗颗粒	2.00	实验①和②探究HNO3 浓度对该反应速率的影响； (II）实验①和____探究温度对该反应速率的影响； (III)实验①和____探究大理石规格（粗、细）对该反应速率的影响。
②	298	粗颗粒	1.00
③	308	粗颗粒	2.00
④	298	细颗粒	2.00

（2）实验①中CO2质量随时间变化的关系见图：

依据反应方程式CaCO3+2HNO3=Ca(NO3)2+CO2↑+H2O，计算实验①在70～90s范围内HNO3的平均反应速率_______。（忽略溶液体积变化）

（3）请在上图中，画出实验②和③中CO2质量随时间变化关系的预期结果示意图，并标出线的序号_______。

（4）工业上己实现CO2和H2反应生成甲醇的转化。己知：在一恒温、恒容密闭容器中充入1mol CO2和3molH2，一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)。测得CO2和CH3OH (g)的浓度随时间变化如下图所示。请回答：

①达到平衡时H2的转化率为_______。在前10min内，用CO2表示的反应速率：V(CO2)=______mol/(L·min)

②能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_______。

a．容器压强不变 b．混合气体中c(CO2)不变

c. v(CH3OH)＝v(H2O) d. c(CH3OH)=c(H2O)

Answer 1

【答案】 ③④ 0.009(或0.01)mol/(L·s) 75% 0.075 a b

【解析】（1）由实验目的可知，探究浓度、接触面积、温度对化学反应速率的影响，实验①和②探究HNO3 浓度对该反应速率的影响，则变量是硝酸浓度；实验①③中只有温度不同，探究温度对该反应速率的影响；实验①④的温度、硝酸浓度相同，大理石规格不同，探究大理石规格（粗、细）对该反应速率的影响。（2）由图可知70至90S，CO2生成的质量为m（CO2）=0.95g-0.84g=0.11g，物质的量为n（CO2）=0.0025mol，由CaCO3+2HNO3＝Ca(NO3)2+CO2↑+H2O可知消耗HNO3的物质的量为n（HNO3）=0.025mol×2=0.05mol，又溶液体积为25ml=0.025L，所以HNO3减少的浓度△c（HNO3）=0.2molL-1，反应的时间t=90s-70s=20s，所以HNO3在70-90S范围内的平均反应速率为v（HNO3）=△c/△t=0.01mol/(L·s)；（3）由于②硝酸浓度是①的一半，所以反应速率比①小，生成的二氧化碳是①的一半；③中的硝酸浓度与①相同，所以生成的二氧化碳物质的量相等，但是温度③最高，反应速率最快，

根据以上画出实验②和③中CO2质量随时间变化关系的预期结果示意图为。4）①达到平衡时生成甲醇是0.75mol/L，消耗氢气是2.25mol/L，所以H2的转化率为2.25/3×100%＝75%。在前10min内消耗CO2是1mol/L-0.25mol/L＝0.75mol/L，因此用CO2表示的反应速率：V(CO2)=0.75mol/L÷10min＝0.075mol/(L·min)；②a．正反应体积减小，则容器压强不变说明反应达到平衡状态，a正确；b．混合气体中c(CO2)不变明反应达到平衡状态，b正确；c. v(CH3OH)＝v(H2O)不能说明正逆反应速率相等，不一定处于平衡状态，c错误；d.c(CH3OH)=c(H2O) 不能说明正逆反应速率相等，不一定处于平衡状态，d错误，答案选ab。