Question

去年年底到今年初，全国北方和南方各地多个城市都遭遇雾霾天，造成“雾霾天”的主要根源之一是汽车尾气和燃煤尾气排放出来的固体小颗粒．
汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）

催化剂

加热

2CO₂+N₂．在密闭容器中发生该反应时，c（CO₂）随温度（T）、催化剂的表面积（S）和时间（t）的变化曲线如图1所示．据此判断：
（1）该反应为

 

反应（填“放热”或“吸热”）：在T₂温度下，0～2s内的平均反应速率：v（N₂）=

 

．
（2）当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率．若催化剂的表面积S₁＞S₂，在答题卡上画出c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线．
（3）某科研机构，在t₁℃下，体积恒定的密闭容器中，用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度（具体数据见下表，CO₂和N₂的起始浓度为0）．

时间/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℃时该反应的平衡常数K=

 

．
（4）若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是

 

（填代号）．（图2中v_正、K、n、m分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量）

（5）已知草酸是一种二元弱酸，草酸氢钠（NaHC₂O₄）溶液显酸性．常温下，向10mL 0.01mol?L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol?L^-1 NaOH溶液时，比较溶液中各种离子浓度的大小关系

 

．
（6）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为1×10^-4mol?L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为

 

mol?L．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学平衡的计算,盐类水解的应用,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：化学平衡专题,盐类的水解专题

分析：（1）根据到达平衡的时间判断温度高低，根据平衡时二氧化碳的浓度判断温度对平衡的影响，进而判断△H；由图可知，T₂温度平衡时，二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，根据v=

△c

△t

计算v（CO₂），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
（2）接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同；
（3）依据平衡常数概念是利用生成物平衡浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积，代入平衡浓度即可计算出平衡常数，NO的平衡浓度与平衡总浓度之比为NO的体积分数；
（4）A、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化；
B、到达平衡后，温度为定值，平衡常数不变，结合反应热判断随反应进行容器内温度变化，判断温度对化学平衡常数的影响；
C、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，最后不再变化；
D、到达平衡后各组分的含量不发生变化；
（5）向10mL 0.01mol/L NaHC₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol/L NaOH溶液时，二者恰好反应，所得溶液为草酸钠溶液，据此来确定离子浓度的大小；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答： 解：（1）由图1可知，温度T₁先到达平衡，故温度T₁＞T₂，温度越高平衡时，二氧化碳的浓度越低，说明升高温度平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0；由图可知，T₂温度时2s到达平衡，平衡时二氧化碳的浓度变化量为0.1mol/L，故v（CO₂）=

0.1mol/L

2s

=0.05mol/（L?s），速率之比等于化学计量数之比，故v（N₂）=

1

2

v（CO₂）=

1

2

×0.05mol/（L?s）=0.025mol/（L?s），
故答案为：放热，0.025mol/（L?s）；
（2）接触面积越大反应速率越快，到达平衡的时间越短，催化剂的表面积S₁＞S₂，S₂条件下达到平衡所用时间更长，但催化剂不影响平衡移动，平衡时二氧化碳的浓度与温度T₁到达平衡时相同，故c（CO₂）在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线为：，
故答案为：；
（3）NO和CO反应生成CO₂和N₂，反应方程式为：
          2NO+2CO?2CO₂ +N₂
起始浓度：1×l0^-3   3.6×l0^-3      0         0
转化浓度：0.9×l0^-3  0.9×l0^-3     0.9×l0^-3   0.45×l0^-3
平衡浓度：0.1×l0^-3  2.7×l0^-3     0.9×l0^-3   0.45×l0^-3
反应的平衡常数K=

c(N2)c2(CO2)

c2(CO)c2(NO)

，代入平衡浓度得：K=

0.45×10-3×(0.9×10-3)2

(0.1×10-3)2×(2.7×10-3)2

=5000L/mol，
故答案为：5000L/mol；
（4）A、到达平衡后正、逆速率相等，不再变化，t₁时刻V_正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，故A错误；
B、该反应正反应为放热反应，随反应进行温度升高，化学平衡常数减小，到达平衡后，温度为定值，达最高，平衡常数不变，
为最小，图象与实际符合，故B正确，
C、t₁时刻后二氧化碳、NO的物质的量发生变化，t₁时刻未到达平衡状态，故C错误；
D、NO的质量分数为定值，t₁时刻处于平衡状态，故D正确；
故答案为：B D；
（5）向10mL 0.01mol/L NaHC₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol/L NaOH溶液时，二者恰好反应，所得溶液为草酸钠溶液，在该溶液中，直接电离出的钠离子和草酸根浓度最大，但是草酸根会水解，所以c（Na⁺）＞c（C₂O₄^2-），草酸根水解生成草酸氢根和氢氧根，溶液显碱性，水电离会生成一部分氢氧根，所以c（OH^-）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）；
（6）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根据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溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×2.8×10^-5mol/L=5.6×10^-5mol/L．
故答案为：5.6×10^-5mol/L．

点评：本题考查化学平衡图象、化学反应速率、影响化学平衡的因素、电解质溶液中离子浓度大小比较、沉淀溶解平衡的分析计算、平衡常数计算等，题目综合性较大，难度中等，是对知识的综合利用、注意基础知识的理解掌握．