Question

9．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1：

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0.01mol•L^-1•S^-1．（忽略溶液体积变化）
（3）请在图1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，并标出线的序号此空删去．
（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图2所示．请回答：
①达到平衡时H₂的转化率为755．在前10min内，用CO₂表示的反应速率：V（CO₂）=0.075mol/（L•min）
②能判断该反应达到化学平衡状态的依据是ab．
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

分析 （1）根据实验的目的和影响化学反应速率的因素来设计实验；
（2）由CO₂质量随时间变化的关系图得出70-90s二氧化碳的增加量，再根据方程式计算硝酸的量，然后计算实验①在70-90s范围内HNO₃的平均反应速率；
（3）根据②、③的硝酸用量及温度、大理石规格，对比①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；
（4）①结合化学平衡三行计算列式计算得到，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②根据化学平衡时正逆反应速率相等，各组分含量保持不变分析各选项；

解答 解：（1）由实验目的可知，探究浓度、接触面积对化学反应速率的影响，
则实验①②的温度、大理石规格相同，只有浓度不同，实验①③中只有温度不同，实验①④中只有大理石规格不同，故答案为：

实验编号	T/K	大理石规格	HNO3浓度/mol•L-1	实验目的
①				（Ⅱ）③； （Ⅲ）④．
②
③
④

（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$\frac{1}{2}$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）=0.2mol•L^-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）=$\frac{△c}{△t}$=0.01mol•L^-1•S^-1，
故答案为：0.01mol•L^-1•S^-1；
（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：
，
故答案为：；
（4）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图2所示．生成甲醇浓度0.75mol/L，消耗二氧化碳物质的量浓度=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，体积为1L，化学平衡三行计算得到，
                          CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）．
起始量（mol/L）   1              3               0                 0
变化量（mol/L）   0.75         2.25           0.75             0.75
平衡量（mol/L） 0.25           0.75          0.75             0.75
①达到平衡时H₂的转化率=$\frac{2.25mol/L}{3mol/L}$×100%=75%，在前10min内，用CO₂表示的反应速率：V（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），
故答案为：75%；0.075；
②CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
a．反应前后气体物质的量变化，当容器压强不变，说明反应达到平衡状态，故a正确；
b．混合气体中c（CO₂）不变是平衡标志，故b正确；
c．速率之比等于化学方程式计量数之比，v（CH₃OH）=v（H₂O）反应过程中始终相同，不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
d．甲醇和水是生成物，化学方程式中1；1生成，浓度始终相同，c（CH₃OH）=c（H₂O）不能说明反应达到平衡状态，故d错误，
故答案为：a、b．

点评 本题考查化学反应速率的影响因素、化学反应速率的计算，化学平衡的特征等，注意信息中提高的条件及图象的分析是解答的关键，较好的考查学生综合应用知识的能力，题目难度中等．