Question

4．2014年初，霧霾天氣多次肆虐我國中東部地區(qū)．其中，汽車尾氣和燃煤尾氣是造成空氣污染的原因之一．
（1）汽車尾氣凈化的主要原理為2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+N₂（g）．在密閉容器中發(fā)生該反應時，c（CO₂）隨溫度（T）、催化劑的表面積（S）和時間（t）的變化曲線如圖1所示．據此判斷：

①該反應的△H＜0（填“＞”或“＜”）．
②在T₂溫度下，0～2s內的平均反應速率v（N₂）=0.025mol/（L•s）．
③當固體催化劑的質量一定時，增大其表面積可提高化學反應速率．若催化劑的表面積S₁＞S₂，在上圖中畫出c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線．
④若該反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖2正確且能說明反應在進行到t₁時刻達到平衡狀態(tài)的是bd．（填代號）．
（2）已知：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂       2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
則反應CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）的△H=△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃．
（3）某實驗小組用50mL 0.50mol•L^-1 NaOH 溶液和30mL 0.50mol•L^-1硫酸溶液進行中和熱的測定．實驗數值結果比57.3kJ/mol偏小，產生此實驗偏差的原因可能是（填字母）a、d．
a．實驗裝置保溫、隔熱效果差
b．量取NaOH溶液的體積時仰視讀數
c．一次性把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中
d．用溫度計測定NaOH溶液起始溫度后直接測定H₂SO₄溶液的溫度．

Answer 1

分析 （1）①根據先拐先平，溫度高飛行，T₁＞T₂，結合縱坐標二氧化碳濃度變化和平衡移動原理分析判斷反應的熱量變化；
②由圖可知，T₂溫度平衡時，二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（N₂）；
③接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同；
④A、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化；
B、到達平衡后，溫度為定值，平衡常數不變，結合反應熱判斷隨反應進行容器內溫度變化，判斷溫度對化學平衡常數的影響；
C、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，最后不再變化；
D、到達平衡后各組分的含量不發(fā)生變化；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（3）a．實驗裝置保溫、隔熱效果必須好；
b．量取NaOH溶液的體積時視線要和凹液面相平；
c．允許分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中；
d．用溫度計測定NaOH溶液起始溫度后，要將溫度計回零直再測定H₂SO₄溶液的溫度．

解答 解：（1）①根據圖1，可知T₁＞T₂，溫度越高n（CO₂）越小，則正反應方向△H＜0，
故答案為：＜；
②由圖可知，T₂溫度時2s到達平衡，平衡時二氧化碳的濃度變化量為0.1mol/L，故v（CO₂）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化學計量數之比，故v（N₂）=0.5v（CO₂）=0.5×0.05mol/（L•s）=0.025mol/（L•s），
故答案為：0.025mol/（L•s）；
③接觸面積越大反應速率越快，到達平衡的時間越短，催化劑的表面積S₁＞S₂，S₂條件下達到平衡所用時間更長，但催化劑不影響平衡移動，平衡時二氧化碳的濃度與溫度T₁到達平衡時相同，故c（CO₂）在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線為：，
故答案為：；
④a、到達平衡后正、逆速率相等，不再變化，t₁時刻V_正最大，之后隨反應進行速率發(fā)生變化，未到達平衡，故a錯誤；
b、該反應正反應為放熱反應，隨反應進行溫度升高，化學平衡常數減小，到達平衡后，溫度為定值，達最高，平衡常數不變，為最小，圖象與實際符合，故b正確，
c、t₁時刻后二氧化碳、NO的物質的量發(fā)生變化，t₁時刻未到達平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d、NO的質量分數為定值，t₁時刻處于平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
依據蓋斯定律計算（①×2+②-③）×$\frac{1}{2}$得到，
反應CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）的△H=△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃
故答案為：△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃；
（3）a．裝置保溫、隔熱效果差，測得的熱量偏小，中和熱的數值偏小，故a錯誤；
b．量取NaOH溶液的體積時仰視讀數，會導致所量的氫氧化鈉體積偏大，放出的熱量偏高，中和熱的數值偏大，故b正確；
c．盡量一次快速將NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中，不允許分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中，故c錯誤；
d．溫度計測定NaOH溶液起始溫度后直接插入稀H₂SO₄測溫度，硫酸的起始溫度偏高，測得的熱量偏小，中和熱的數值偏小，故d錯誤．
故答案為：a、d．

點評 本題考查蓋斯定律、化學平衡移動和物質的量計算，難度中等，其中熱化學方程式書寫，和焓變的計算，并能分析化學平衡中轉化率曲線的變化，掌握基礎是解題關鍵．