Question

3．2015年初，霧霾天氣多次肆虐我國(guó)中東部地區(qū)．其中汽車尾氣是造成空氣污染的主要原因．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(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．

（1）該反應(yīng)的△H＜ 0（選填“＞’’、“＜“）．
（2）在T₂溫度下，0～2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.025mol/（L•s）
（3）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，在圖1中畫(huà)出c（CO_2）在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過(guò)程中的變化曲線．
（4）若該反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，圖2的示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是bd（填代號(hào)）．
（5）將一定量的H₂S氣體通入0.05mol•L^-1CuSO₄溶液中，二者恰好完全反應(yīng)．已知Ksp（CuS）=6.0×10^-36．若不考慮溶液體積的變化，則：
①反應(yīng)后溶液的pH=1．
②若反應(yīng)后溶液中c（S^2-）=2.0×10^-30mol•L^-1，則溶液中c（Cu²⁺）=3×10^-6mol•L^-1．
（6）將一定量的H₂S氣體通人NaOH溶液中，在所得溶液中逐滴加入稀鹽酸至過(guò)量，產(chǎn)生的氣體與HCl的物質(zhì)的量的關(guān)系如圖3所示（忽略氣體的溶解和HCl的揮發(fā)）．
①O點(diǎn)溶液中所含溶質(zhì)的化學(xué)式為Na₂S和NaOH．
②已知a點(diǎn)溶液呈堿性，該溶液中離子的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序是c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HS^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（S ^2-）．

Answer 1

分析 （1）由曲線斜率可知T₁溫度較高，升高溫度c（CO₂）減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)；
（2）在T₂溫度下，0～2s內(nèi)c（CO₂）增大到0.1mol/L，結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算，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）；
（3）催化劑不改變平衡狀態(tài)，固體表面積越大，反應(yīng)速率越大；
（4）達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變；
（5）①根據(jù)硫酸根離子守恒計(jì)算氫離子的濃度，再根據(jù)氫離子濃度計(jì)算溶液的pH；
②根據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算；
（6）Na₂S+HCl=NaCl+NaHS、NaHS+HCl=NaCl+H₂S↑，根據(jù)圖象知，不生成氣體需要酸的物質(zhì)的量大于生成氣體時(shí)需要酸的物質(zhì)的量，說(shuō)明溶液中還存在NaOH；
a點(diǎn)是溶液中的溶質(zhì)是NaCl、NaHS，根據(jù)物料守恒、溶液酸堿性結(jié)合電荷守恒判斷離子濃度大�。�

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(shuō)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，
故答案為：＜；
（2）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）=$\frac{0.1mol/L}{2s}$=0.05mol/（L•s），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（CO₂）=$\frac{1}{2}$×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(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(zhǎng)，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(guò)程中的變化曲線為：，
故答案為：；
（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、CO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：bd；
（5）①反應(yīng)生活CuS和硫酸，根據(jù)硫酸根離子守恒得c（H⁺）=2c（SO₄^2-）=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，故答案為：1；
②溶液中c（Cu²⁺）=$\frac{6.0×1{0}^{-36}}{2.0×1{0}^{-30}}$mol/L=3×10^-6mol/L，
故答案為：3×10^-6；
（6）①Na₂S+HCl=NaCl+NaHS、NaHS+HCl=NaCl+H₂S↑，根據(jù)圖象知，不生成氣體需要酸的物質(zhì)的量大于生成氣體時(shí)需要酸的物質(zhì)的量，說(shuō)明溶液中除了含有Na₂S外還存在NaOH；
故答案為：Na₂S和NaOH；
②a點(diǎn)是溶液中的溶質(zhì)是NaCl、NaHS，根據(jù)需要n（HCl）知，O點(diǎn)溶液中n（NaOH）=1mol、n（Na₂S）=2mol，發(fā)生反應(yīng)后a點(diǎn)n（NaCl）=3mol、n（NaHS）=2mol，HS^-水解程度大于電離程度導(dǎo)致溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），水和HS^-都電離出氫離子，所以c（H⁺）＞c（S ^2-），根據(jù)物料守恒得c（Na⁺）＞c（Cl^-），弱離子的水解程度較小，所以溶液中離子濃度大小順序是：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HS^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（S ^2-），
故答案為：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HS^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（S ^2-）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡圖象、化學(xué)反應(yīng)速率、影響化學(xué)平衡的因素、離子濃度大小比較、難溶物的溶解平衡等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)溶度積常數(shù)、溶質(zhì)的性質(zhì)等知識(shí)點(diǎn)來(lái)分析解答，難點(diǎn)是離子濃度大小比較，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．