Question

5．请在标有序号的空白处填空：
（1）利用催化剂可使NO和CO发生反应：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H＜0．已知增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率．为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面的表中．
①请填全表中的各空格；

实验 编号	T（℃）	NO初始浓度 （mol•L-1）	CO初始浓度 （mol•L-1）	催化剂的比表 面积（m2•g-1）
Ⅰ	280	1.2×10-3	5.8×10-3	82
Ⅱ		1.2×10-3		124
Ⅲ	350			82

②实验Ⅰ中，NO的物质的量浓度（c）随时间（t）的变化如图所示．
请在给出的坐标图中画出实验Ⅱ、Ⅲ中NO的物质的量浓度（c）随时间（t）变化的曲线，并标明各曲线的实验编号．

（2）用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜．已知：
Cu（s）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+H₂（g）  H=64.39KJ•mol^-1  
2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）  H=196.46KJ•mol^-1      
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）       H=-285.84KJ•mol^-1
在H₂SO₄溶液中Cu与H₂O₂反应生成Cu²⁺和H₂O的热化学方程式为Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-319.68kJ/mol．
（3）25℃时，部分物质的电离平衡常数如表所示：

化学式	CH3COOH	H2CO3	HClO
电离平 衡常数	1.7×10-5	K1=4.3×10-7 K2=5.6×10-11	3.0×10-8

请回答下列问题：
①CH₃COOH、H₂CO₃、HClO的酸性由强到弱的顺序为CH₃COOH＞H₂CO₃＞HClO．
②体积为10mL pH=2的醋酸溶液与一元酸HX分别加水稀释至1 000mL，稀释过程中pH变化如图2所示，则HX的电离平衡常数大于（填“大于”、“等于”或“小于”）醋酸的电离平衡常数；理由是稀释相同倍数，HX的pH变化比CH₃COOH的大，酸性强，电离平衡常数大．
（4）①求常温下pH=2的H₂SO₄溶液中由H₂O电离的c（H⁺）和c（OH^-）．
c（H⁺）=10^-12mol•L^-1，c（OH^-）=10^-12mol•L^-1．
②在某温度时，测得0.01mol•L^-1的NaOH溶液的pH=11．在此温度下，将pH=a的NaOH溶液V_a L与pH=b的硫酸V_b L混合．若所得混合液为中性，且a+b=12，则V_a：V_b=10：1．

Answer 1

分析 （1）①根据实验目的验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，则应保证浓度相同，然后相同温度时比较催化剂比表面积，相同催化剂比、表面积时比较温度；
②利用影响化学反应速率及化学平衡的因素来分析图象；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（3）①电离平衡常数越大，酸的电离程度越大，溶液酸性越强；
②由图可知，稀释相同的倍数，HX的pH变化程度大，则酸性HX强，电离平衡常数大；
（4）①硫酸电离出的氢离子抑制了水的电离，硫酸溶液中的氢氧根离子是水电离的，据此计算出溶液水电离的氢离子和氢氧根离子浓度；
②0.01mol/L的NaOH溶液的pH为11，则c（H⁺）=1×10^-11mol/L，c（OH^-）=0.01mol/L，根据K_w=c（H⁺）×c（OH^-）计算水的离子积，若所得混合溶液为中性，且a=2，b=12，根据c（OH^-）×V_b=c（H⁺）×V_a计算V_a：V_b．

解答 解：（1）①因Ⅰ、Ⅱ比表面积不同，则应控制温度相同，所有浓度应控制相同来验证催化剂比表面积对速率的影响；
I、Ⅲ比表面积相同，温度不同，则所有浓度应控制相同来验证反应温度对速率的影响，
故答案为：

实验 编号	t（℃）	NO初始浓度 （mol/L）	CO初始浓度 （mol/L）	催化剂的 比表面积（m2/g）
Ⅰ
Ⅱ	280		5.80×10-3
Ⅲ		1.20×10-3	5.80×10-3

；
②因Ⅰ、Ⅱ温度相同，催化剂对平衡移动无影响，则平衡不移动，但Ⅱ的速率大，则Ⅱ先达到化学平衡，Ⅰ、Ⅱ达平衡时NO的浓度相同；而Ⅲ的温度高，则反应速率最大且平衡逆移，即达到化学平衡时c（NO）增大，据此画出的图象为：，
故答案为：；
（2）：①Cu（s）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64.39kJ/mol，
②2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196.46kJ/mol，
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l） H=-285.84KJ•mol^-1，
由盖斯定律①+$\frac{1}{2}$②+③得到：Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-319.68kJ/mol，
故答案为：Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-319.68kJ/mol；
（3）①根据表中数据可知，酸的电离出平衡常数大小为：CH₃COOH＞H₂CO₃＞HCO₃^-＞HClO，电离平衡常数越大，酸性越强，所以酸性由强到弱的顺序为为：CH₃COOH＞H₂CO₃＞HClO，
故答案为：CH₃COOH＞H₂CO₃＞HClO；
②根据图象分析知道，起始是两种溶液中c（H⁺）相同，c（较弱酸）＞c（较强酸），稀释过程中较弱酸的电离程度增大，故在整个稀释过程中较弱酸的c（H⁺）一直大于较强酸的c（H⁺），稀释相同倍数，HX的pH变化比CH₃COOH的大，故HX酸性强，电离平衡常数大，
故答案为：大于；稀释相同倍数，HX的pH变化比CH₃COOH的大，酸性强，电离平衡常数大；
（4）①常温下pH=2的H₂SO₄溶液中氢离子抑制了水的电离，硫酸溶液中的氢氧根离子水电离的，则由H₂O电离的c（H⁺）=c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-12}}{0.01mol/L}$=10^-12mol•L^-1，
故答案为：10^-12mol•L^-1；10^-12mol•L^-1；
②0.01mol/L的NaOH溶液的pH为11，则c（H⁺）=1×10^-11mol/L，c（OH^-）=0.01mol/L，K_w=c（H⁺）×c（OH^-）=1×10^-13；
将pH=a的H₂SO₄溶液V_aL与pH=b的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合溶液为中性，且硫酸的pH=a=2，氢离子浓度为0.01mol/L，氢氧化钠溶液的pH=b=12，则氢氧根离子浓度为0.1mol/L，
混合液为中性，则c（H⁺）×V_a=c（OH^-）×V_b，
即：0.01V_a=0.1×V_b，
整理可得：V_a：V_b=10：1，
故答案为：10：1．

点评 本题考查较为综合，涉及酸碱混合的定性判断及溶液pH的计算、热化学方程式的计算、化学反应速率的影响因素等知识，题目难度中等，明确溶液酸碱性与溶液pH的关系为解答关键，注意掌握影响化学反应速率的因素，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用能力．