Question

3．2015年初，雾霾天气多次肆虐我国中东部地区．其中汽车尾气是造成空气污染的主要原因．汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）．在密闭容器中发生该反应时，c（CO₂）随温度（T）、催化剂的表面积（S）和时间（t）的变化曲线，如图1所示．

（1）该反应的△H＜ 0（选填“＞’’、“＜“）．
（2）在T₂温度下，0～2s内的平均反应速率v（N₂）=0.025mol/（L•s）
（3）当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率．若催化剂的表面积S₁＞S₂，在图1中画出c（CO_2）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
（4）若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，图2的示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是bd（填代号）．
（5）将一定量的H₂S气体通入0.05mol•L^-1CuSO₄溶液中，二者恰好完全反应．已知Ksp（CuS）=6.0×10^-36．若不考虑溶液体积的变化，则：
①反应后溶液的pH=1．
②若反应后溶液中c（S^2-）=2.0×10^-30mol•L^-1，则溶液中c（Cu²⁺）=3×10^-6mol•L^-1．
（6）将一定量的H₂S气体通人NaOH溶液中，在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量，产生的气体与HCl的物质的量的关系如图3所示（忽略气体的溶解和HCl的挥发）．
①O点溶液中所含溶质的化学式为Na₂S和NaOH．
②已知a点溶液呈碱性，该溶液中离子的物质的量浓度由大到小的顺序是c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HS^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（S ^2-）．

Answer 1

分析 （1）由曲线斜率可知T₁温度较高，升高温度c（CO₂）减小，说明平衡逆向移动；
（2）在T₂温度下，0～2s内c（CO₂）增大到0.1mol/L，结合v=$\frac{△c}{△t}$计算，再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
（3）催化剂不改变平衡状态，固体表面积越大，反应速率越大；
（4）达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变；
（5）①根据硫酸根离子守恒计算氢离子的浓度，再根据氢离子浓度计算溶液的pH；
②根据溶度积常数计算；
（6）Na₂S+HCl=NaCl+NaHS、NaHS+HCl=NaCl+H₂S↑，根据图象知，不生成气体需要酸的物质的量大于生成气体时需要酸的物质的量，说明溶液中还存在NaOH；
a点是溶液中的溶质是NaCl、NaHS，根据物料守恒、溶液酸碱性结合电荷守恒判断离子浓度大小．

解答 解：（1）由图1可知，温度T₁先到达平衡，故温度T₁＞T₂，温度越高平衡时，二氧化碳的浓度越低，说明升高温度平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜；
（2）由图可知，T₂温度时2s到达平衡，平衡时二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化学计量数之比，故v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（CO₂）=$\frac{1}{2}$×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s），
故答案为：0.025mol/（L•s）；
（3）接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同，故c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为：，
故答案为：；
（4）a、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故a错误；
b、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，为最小，图象与实际符合，故b正确；
c、t₁时刻后二氧化碳、CO的物质的量发生变化，t₁时刻未到达平衡状态，故c错误；
d、NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故d正确，
故答案为：bd；
（5）①反应生活CuS和硫酸，根据硫酸根离子守恒得c（H⁺）=2c（SO₄^2-）=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，故答案为：1；
②溶液中c（Cu²⁺）=$\frac{6.0×1{0}^{-36}}{2.0×1{0}^{-30}}$mol/L=3×10^-6mol/L，
故答案为：3×10^-6；
（6）①Na₂S+HCl=NaCl+NaHS、NaHS+HCl=NaCl+H₂S↑，根据图象知，不生成气体需要酸的物质的量大于生成气体时需要酸的物质的量，说明溶液中除了含有Na₂S外还存在NaOH；
故答案为：Na₂S和NaOH；
②a点是溶液中的溶质是NaCl、NaHS，根据需要n（HCl）知，O点溶液中n（NaOH）=1mol、n（Na₂S）=2mol，发生反应后a点n（NaCl）=3mol、n（NaHS）=2mol，HS^-水解程度大于电离程度导致溶液呈碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），水和HS^-都电离出氢离子，所以c（H⁺）＞c（S ^2-），根据物料守恒得c（Na⁺）＞c（Cl^-），弱离子的水解程度较小，所以溶液中离子浓度大小顺序是：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HS^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（S ^2-），
故答案为：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HS^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（S ^2-）．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡图象、化学反应速率、影响化学平衡的因素、离子浓度大小比较、难溶物的溶解平衡等知识点，根据溶度积常数、溶质的性质等知识点来分析解答，难点是离子浓度大小比较，题目综合性较大，难度中等，是对知识的综合利用、注意基础知识的理解掌握．