Question

去年年底到今年初，全國北方和南方各地多個(gè)城市都遭遇霧霾天，造成“霧霾天”的主要根源之一是汽車尾氣和燃煤尾氣排放出來的固體小顆粒．
汽車尾氣凈化的主要原理為：2NO（g）+2CO（g）

催化劑

加熱

2CO₂+N₂．在密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)時(shí)，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時(shí)間（t）的變化曲線如圖1所示．據(jù)此判斷：
（1）該反應(yīng)為

 

反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）：在T₂溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率：v（N₂）=

 

．
（2）當(dāng)固體催化劑的質(zhì)量一定時(shí)，增大其表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在答題卡上畫出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線．
（3）某科研機(jī)構(gòu)，在t₁℃下，體積恒定的密閉容器中，用氣體傳感器測(cè)得了不同時(shí)間的NO和CO的濃度（具體數(shù)據(jù)見下表，CO₂和N₂的起始濃度為0）．

時(shí)間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）/×10-4mol?L-1	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）/×10-3mol?L-1	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

t₁℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
（4）若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（填代號(hào)）．（圖2中v_正、K、n、m分別表示正反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、物質(zhì)的量和質(zhì)量）

（5）已知草酸是一種二元弱酸，草酸氫鈉（NaHC₂O₄）溶液顯酸性．常溫下，向10mL 0.01mol?L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol?L^-1 NaOH溶液時(shí)，比較溶液中各種離子濃度的大小關(guān)系

 

．
（6）CO₂在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為1×10^-4mol?L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

 

mol?L．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,化學(xué)平衡的計(jì)算,鹽類水解的應(yīng)用,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：化學(xué)平衡專題,鹽類的水解專題

分析：（1）根據(jù)到達(dá)平衡的時(shí)間判斷溫度高低，根據(jù)平衡時(shí)二氧化碳的濃度判斷溫度對(duì)平衡的影響，進(jìn)而判斷△H；由圖可知，T₂溫度平衡時(shí)，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；
（2）接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同；
（3）依據(jù)平衡常數(shù)概念是利用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積，代入平衡濃度即可計(jì)算出平衡常數(shù)，NO的平衡濃度與平衡總濃度之比為NO的體積分?jǐn)?shù)；
（4）A、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B、到達(dá)平衡后，溫度為定值，平衡常數(shù)不變，結(jié)合反應(yīng)熱判斷隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)溫度變化，判斷溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響；
C、t₁時(shí)刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D、到達(dá)平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（5）向10mL 0.01mol/L NaHC₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol/L NaOH溶液時(shí)，二者恰好反應(yīng)，所得溶液為草酸鈉溶液，據(jù)此來確定離子濃度的大��；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計(jì)算沉淀時(shí)混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答： 解：（1）由圖1可知，溫度T₁先到達(dá)平衡，故溫度T₁＞T₂，溫度越高平衡時(shí)，二氧化碳的濃度越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0；由圖可知，T₂溫度時(shí)2s到達(dá)平衡，平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=

0.1mol/L

2s

=0.05mol/（L?s），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（N₂）=

1

2

v（CO₂）=

1

2

×0.05mol/（L?s）=0.025mol/（L?s），
故答案為：放熱，0.025mol/（L?s）；
（2）接觸面積越大反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達(dá)到平衡所用時(shí)間更長，但催化劑不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化碳的濃度與溫度T₁到達(dá)平衡時(shí)相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線為：，
故答案為：；
（3）NO和CO反應(yīng)生成CO₂和N₂，反應(yīng)方程式為：
          2NO+2CO?2CO₂ +N₂
起始濃度：1×l0^-3   3.6×l0^-3      0         0
轉(zhuǎn)化濃度：0.9×l0^-3  0.9×l0^-3     0.9×l0^-3   0.45×l0^-3
平衡濃度：0.1×l0^-3  2.7×l0^-3     0.9×l0^-3   0.45×l0^-3
反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

，代入平衡濃度得：K=

0.45×10-3×(0.9×10-3)2

(0.1×10-3)2×(2.7×10-3)2

=5000L/mol，
故答案為：5000L/mol；
（4）A、到達(dá)平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時(shí)刻V_正最大，之后隨反應(yīng)進(jìn)行速率發(fā)生變化，未到達(dá)平衡，故A錯(cuò)誤；
B、該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，到達(dá)平衡后，溫度為定值，達(dá)最高，平衡常數(shù)不變，
為最小，圖象與實(shí)際符合，故B正確，
C、t₁時(shí)刻后二氧化碳、NO的物質(zhì)的量發(fā)生變化，t₁時(shí)刻未到達(dá)平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D、NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，t₁時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：B D；
（5）向10mL 0.01mol/L NaHC₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol/L NaOH溶液時(shí)，二者恰好反應(yīng)，所得溶液為草酸鈉溶液，在該溶液中，直接電離出的鈉離子和草酸根濃度最大，但是草酸根會(huì)水解，所以c（Na⁺）＞c（C₂O₄^2-），草酸根水解生成草酸氫根和氫氧根，溶液顯堿性，水電離會(huì)生成一部分氫氧根，所以c（OH^-）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）；
（6）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10-4

mol/L=2.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L．
故答案為：5.6×10^-5mol/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡圖象、化學(xué)反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素、電解質(zhì)溶液中離子濃度大小比較、沉淀溶解平衡的分析計(jì)算、平衡常數(shù)計(jì)算等，題目綜合性較大，難度中等，是對(duì)知識(shí)的綜合利用、注意基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．