Question

7．（1）（1）人們常用催化劑來(lái)選擇反應(yīng)進(jìn)行的方向．如圖1所示為一定條件下1mol CH₃OH與O₂發(fā)生反應(yīng)時(shí)，生成CO、CO₂或HCHO的能量變化圖[反應(yīng)物O₂（g）和生成物H₂O（g）略去]．
①寫出1mol HCHO與O₂反應(yīng)主要生成CO和H₂O（g）的熱化學(xué)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(yīng)，產(chǎn)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(shí)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(yīng)2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O（Ⅰ）△H＜0，下列能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)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(qiáng)保持不變
②在某溫度下，10L密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，容器內(nèi)部分物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如下表：

物質(zhì)的量/mol 時(shí)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(nèi)NO₂的平均反應(yīng)速率為0.025mol•L^-1•min^-1（保留2位有效數(shù)字，下同）．
該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K8.4．
ii．關(guān)于上述反應(yīng)，下列敘述不正確的是A．
A．達(dá)到平衡時(shí)，移走部分N₂，平衡將向右移動(dòng)，正反應(yīng)速率加快
B．縮小容器的體積，平衡將向右移動(dòng)，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(yīng)速率加快10⁵倍，使用乙催化劑能使逆反應(yīng)速率加快10⁸倍，則應(yīng)該選用乙催化劑
D．若保持平衡時(shí)的溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入He，則此時(shí)v（逆）＞v（正）
iii．請(qǐng)畫出該反應(yīng)中n（NO₂）隨時(shí)間變化曲線并畫出在第7min時(shí)分別升溫、加壓的情況下n（NO₂）隨時(shí)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(jù)圖表可知HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）中反應(yīng)物能量高，生成物能量低，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，然后依據(jù)圖中給出數(shù)據(jù)解答；
②使用催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，活化能越低，普通分子越容易轉(zhuǎn)化成活化分子，反應(yīng)越容易，反應(yīng)速率越快；
（2）①可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
②i．先根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算出前2min內(nèi)用N₂H₄表示的反應(yīng)速率，根據(jù)反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比可知：v（NO₂）=v（N₂H₄）；列出平衡常數(shù)三段式，然后結(jié)合平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；
ii．依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析選項(xiàng)，改變條件，平衡向減弱這種改變的方向進(jìn)行，據(jù)此進(jìn)行解答；
iii．根據(jù)反應(yīng)方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O，求abc的值然后根據(jù)描點(diǎn)法作圖．

解答 解：（1）①HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（g）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H=-（676-158-283）kJ•mol^-1=-235kJ•mol^-1，所以1moL HCHO生成CO的熱化學(xué)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(shí)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(yīng)，產(chǎn)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(shí)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(shuō)明氣體的質(zhì)量不變，正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)平衡狀態(tài)，故A正確；
B.2v_正（NO₂）=2v_正（N₂），表示的都是正反應(yīng)，無(wú)法判斷平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．因?yàn)槠鹗紩r(shí)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(cuò)誤；
D．體系壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明氣體的量保持不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：AD；
②i．前2min內(nèi)用N₂H₄表示的反應(yīng)速率為：v（N₂H₄）=$\frac{\frac{2.0mol-1.5mol}{10L}}{2min}$=0.025mol•L^-1•min^-1，反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比，則v（NO₂）=v（N₂H₄）=0.025mol•L^-1•min^-1；
                        2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O（l）
反應(yīng)前（mol）：2.0                3.0               0
轉(zhuǎn)化   （mol）：1.0                1.0               1.5
平衡時(shí)（mol）：1.0                2.0               1.5
該反應(yīng)的平衡常數(shù)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(dá)到平衡時(shí)，移走部分CO₂，平衡將向右移動(dòng)，正反應(yīng)速率減小，故A錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，縮小容器的體積，壓強(qiáng)增大，平衡將向右移動(dòng)，但c（N₂H₂）將增大，故B正確；
C．催化劑對(duì)正逆反應(yīng)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(yīng)速率加快10⁵倍，使用乙催化劑能使逆反應(yīng)速率加快10⁸倍，則應(yīng)該選用乙催化劑，故C正確；
D．若保持平衡時(shí)的溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入He，容器容積增大，壓強(qiáng)減小，平衡向著逆向移動(dòng)，則v（逆）＞v（正），故D正確；
故答案為：A；
iii．根據(jù)反應(yīng)方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）?3N₂（g）+4H₂O，第2min時(shí)，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(dòng)；升高溫度平衡逆向移動(dòng)，所以二氧化氮的濃度變大；增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，所以二氧化氮的濃度減小，所以圖象為：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、反應(yīng)熱與焓變等知識(shí)，題目難度較大，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，試題知識(shí)點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及綜合應(yīng)用能力．