Question

7．（1）（1）人們常用催化劑來選擇反應進行的方向．如圖1所示為一定條件下1mol CH₃OH與O₂發(fā)生反應時，生成CO、CO₂或HCHO的能量變化圖[反應物O₂（g）和生成物H₂O（g）略去]．
①寫出1mol HCHO與O₂反應主要生成CO和H₂O（g）的熱化學方程式：HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=-235kJ•mol^-1．
②CH₃OH與O₂在有催化劑作用下反應，產物中HCHO比率大大提高的原因是催化劑使生成HCHO的活化能降低，同時使生成CO的活化能升高，并且生成HCHO的活化能低于生成CO的活化能．
（2）①一定溫度下，將N₂H₄與NO₂以體積比為1：1置于容積固定的容器中發(fā)生反應2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O（Ⅰ）△H＜0，下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的是AD．
A．混合氣體密度保持不變B．2v_g正（NO₂）=2v_正（N₂）
C．N₂H₄與NO₂體積比保持不變D．體系壓強保持不變
②在某溫度下，10L密閉容器中發(fā)生上述反應，容器內部分物質的物質的量變化如下表：

物質的量/mol 時間	n（N2H4）	N（NO2）	N（N2）
起始	2.0	3.0	0
第2min	1.5	a	0.75
第4min	1.2	b	1.2
第6min	1.0	c	1.5
第7min	1.0	c	1.5

i．前2min內NO₂的平均反應速率為0.025mol•L^-1•min^-1（保留2位有效數字，下同）．
該溫度下反應的平衡常數K8.4．
ii．關于上述反應，下列敘述不正確的是A．
A．達到平衡時，移走部分N₂，平衡將向右移動，正反應速率加快
B．縮小容器的體積，平衡將向右移動，c（N₂H₂）將變大
C．在相同的條件下，若使用甲催化劑能使正反應速率加快10⁵倍，使用乙催化劑能使逆反應速率加快10⁸倍，則應該選用乙催化劑
D．若保持平衡時的溫度和壓強不變，再向容器中充入He，則此時v（逆）＞v（正）
iii．請畫出該反應中n（NO₂）隨時間變化曲線并畫出在第7min時分別升溫、加壓的情況下n（NO₂）隨時間變化示意圖（在圖2上注明變化的條件）．

Answer 1

分析 （1）①根據圖表可知HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）中反應物能量高，生成物能量低，該反應為放熱反應，然后依據圖中給出數據解答；
②使用催化劑可以降低反應的活化能，活化能越低，普通分子越容易轉化成活化分子，反應越容易，反應速率越快；
（2）①可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據此進行判斷；
②i．先根據v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算出前2min內用N₂H₄表示的反應速率，根據反應速率與化學計量數成正比可知：v（NO₂）=v（N₂H₄）；列出平衡常數三段式，然后結合平衡常數的表達式計算；
ii．依據化學平衡移動原理分析選項，改變條件，平衡向減弱這種改變的方向進行，據此進行解答；
iii．根據反應方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O，求abc的值然后根據描點法作圖．

解答 解：（1）①HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）該反應為放熱反應，△H=-（676-158-283）kJ•mol^-1=-235kJ•mol^-1，所以1moL HCHO生成CO的熱化學方程式為：HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=-（676-158-283）kJ•mol^-1=-235kJ•mol^-1，
故答案為：HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=-235kJ•mol^-1；
②由圖催化劑使生成HCHO的活化能降低，同時使生成CO的活化能升高，并且生成HCHO的活化能低于生成CO的活化能，所以有催化劑作用下反應，產物中HCHO比率大大提高，
故答案為：催化劑使生成HCHO的活化能降低，同時使生成CO的活化能升高，并且生成HCHO的活化能低于生成CO的活化能；
（2）①A．混合氣體密度保持不變，說明氣體的質量不變，正逆反應速率相等，達平衡狀態(tài)，故A正確；
B.2v_正（NO₂）=2v_正（N₂），表示的都是正反應，無法判斷平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．因為起始時投料量之比為1：1，而且消耗量是1：1，所以N₂H₄與NO₂體積比始終保持不變，故C錯誤；
D．體系壓強保持不變，說明氣體的量保持不變，達平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：AD；
②i．前2min內用N₂H₄表示的反應速率為：v（N₂H₄）=$\frac{\frac{2.0mol-1.5mol}{10L}}{2min}$=0.025mol•L^-1•min^-1，反應速率與化學計量數成正比，則v（NO₂）=v（N₂H₄）=0.025mol•L^-1•min^-1；
                        2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O（l）
反應前（mol）：2.0                3.0               0
轉化   （mol）：1.0                1.0               1.5
平衡時（mol）：1.0                2.0               1.5
該反應的平衡常數K=$\frac{（\frac{1.5}{10}）^{3}}{（\frac{1.0}{10}）^{2}×（{\frac{2.0}{10}）}^{2}}$≈8.4，
故答案為：0.025mol•L^-1•min^-1；8.4；
ii．A．達到平衡時，移走部分CO₂，平衡將向右移動，正反應速率減小，故A錯誤；
B．該反應是氣體體積減小的反應，縮小容器的體積，壓強增大，平衡將向右移動，但c（N₂H₂）將增大，故B正確；
C．催化劑對正逆反應速率影響程度相同，在相同的條件下，若使用甲催化劑能使正反應速率加快10⁵倍，使用乙催化劑能使逆反應速率加快10⁸倍，則應該選用乙催化劑，故C正確；
D．若保持平衡時的溫度和壓強不變，再向容器中充入He，容器容積增大，壓強減小，平衡向著逆向移動，則v（逆）＞v（正），故D正確；
故答案為：A；
iii．根據反應方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O，第2min時，n（N₂H₄）=1.5mol，所以變化量為0.5mol，則a=2.5mol，由此可求出b=2.4mol，c=2，而使催化劑平衡不移動；升高溫度平衡逆向移動，所以二氧化氮的濃度變大；增大壓強，平衡正向移動，所以二氧化氮的濃度減小，所以圖象為：，
故答案為：．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷、反應熱與焓變等知識，題目難度較大，明確化學平衡及其影響為解答關鍵，試題知識點較多，充分考查了學生的分析、理解能力及綜合應用能力．