Question

8．（1）向一定体积的密闭容器中加入2molA、0.6molC和一定量的B三种气体．一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图I所示，其中t₀～t₁阶段c（B）画出．图Ⅱ为t₂时刻后改变反应条件，化学反应速率随时间变化的情况，四个阶段改变的条件均不相同，每个阶段只改变浓度、温度、压强、催化剂中的一个条件，其中t₃～t₄阶段为使用催化剂．

请回答下列问题：
①若t₁=30min，则t₀～t₁阶段以C物质的浓度变化表示的反应速率为0.01 mol/（L•min）；
②t₄～t₅阶段改变的条件为减小压强，B的起始物质的量浓度为0.5mol/L．各阶段平衡时对应的平衡常数如下表所示：

t1～t2	t2～t3	t3～t4	t4～t5	t5～t6
K1	K2	K3	K4	K5

K₁、K₂、K₃、K₄、K₅之间的关系为K₁=K₂=K₃=K₄＜K₅（用“＞”、“＜”或“=”连接）；
③t₅～t₆阶段保持容器内温度不变，若A的物质的量共变化了0.01mol，而此过程中容器与外界的热交换总量为aKJ，写出此温度下该反应的热化学方程式：2A（g）+B（g） 3C（g）△H=+200a kJ/mol
（2）已知2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O+10CO₂↑，在酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液反应时，发现开始一段时间，反应速率较慢，溶液褪色不明显；但不久突然褪色，反应速率明显加快．
①针对上述实验现象，某同学认为KMnO₄与H₂C₂O₄反应是放热反应，导致溶液温度升高，反应速率加快．从影响化学反应速率的因素看，你的猜想还可能是硫酸锰或Mn²⁺的催化作用的影响．
②若用实验证明你的猜想，除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液试剂外，还需要选择的试剂最合理的是B
A、硫酸钾         B、硫酸锰         C、水      D、氯化锰．

Answer 1

分析 （1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（C）；
②图Ⅱ是在四种不同情况下影响化学的平衡，而影响平衡的因素有：浓度、温度、压强、催化剂；t₃～t₄和t₄～t₅这两段平衡是不移动的，则只能是压强和催化剂影响的，因此应该推断该反应为等体积变化的反应，t₃～t₄的平衡比原平衡的速率要快，而t₄～t₅的速率又变慢，则前者应是加催化剂，因为条件只能用一次，t₄～t₅段为减压；反应物的浓度降低，生成物的浓度增大，结合图Ⅰ可知，A为反应物，C为生成物，A的变化为0.2mol/L，C的变化量为0.3mol/L．又由于该反应为等体积变化的反应，所以B为反应物，根据化学反应的速率之比等于化学方程式前的计量系数比，写出该反应的方程式为2A（g）+B（g） 3C（g），起始2molA所对应的浓度为1mol/L，则体积应是2L，t₅-t₆ 阶段为升高温度，v（正）＞（逆），平衡向正反应方向移动，升高温度平衡向吸热方向移动；根据平衡常数，平衡移动解答K₁、K₂、K₃、K₄、K₅之间的关系；
③依据热化学方程式的书写方法和焓变计算得到热化学方程式；
（2）①锰离子有催化作用；
②要想验证锰离子的催化作用，再加入硫酸锰即可．

解答 解：（1）①15min内，以C浓度变化表示的反应速率为v（C）=$\frac{0.6mol/L-0.3mol/L}{30min}$=0.01 mol/（L•min），故答案为：0.01 mol/（L•min）；
②t₃～t₄和t₄～t₅这两段平衡是不移动的，则只能是压强和催化剂影响的，因此应该推断该反应为等体积变化的反应，t₃～t₄的平衡比原平衡的速率要快，而t₄～t₅的速率又变慢，则前者应是加催化剂，因为条件只能用一次，t₄～t₅段为减压．反应物的浓度降低，生成物的浓度增大，结合图Ⅰ可知，A为反应物，C为生成物，A的变化为0.2mol/L，C的变化量为0.3mol/L．又由于该反应为等体积变化的反应，所以B为反应物，根据化学反应的速率之比等于化学方程式前的计量系数比，该反应的方程式为2A（g）+B（g） 3C（g），所以，△c（B）=$\frac{1}{2}$△n（A）=$\frac{1}{2}$×0.2mol/L=0.1mol/L，故B的起始物质的量浓度为c（B）=0.1mol/L+0.4mol/L=0.5mol/L，t₂-t₃段，为改变浓度，平衡移动，平衡常数不变，
t₃-t₄段，使用催化剂，加快反应，平衡常数不变，
t₄-t₅段，为降低压强，反应速率降低，平衡不移动，平衡常数不变，
t₅-t₆段，为升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，
故 K₁=K₂=K₃=K₄＜K₅，
故答案为：减小压强；0.5mol/L； K₁=K₂=K₃=K₄＜K₅；
③根据方程式计算，若A的物质的量共变化了0.01mol，而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ，则反应2molA时，交换热量200akJ，而由图象可知，t₅～t₆阶段应为升高温度，正反应速率大于逆反应速率，平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，所以热化学方程式为2A（g）+B（g） 3C（g）△H=+200a kJ/mol，故答案为：2A（g）+B（g） 3C（g）△H=+200a kJ/mol；
（2）KMnO₄与H₂C₂O₄反应生成硫酸锰，锰离子有催化作用，所以猜想还可能是催化剂的作用，
故答案为：硫酸锰或Mn²⁺的催化作用；
（4）要想验证锰离子的催化作用，在做对比实验时同时加入硫酸锰观察反应速率是否变化即可，
故选B．

点评 本题以图象的形式考查影响化学反应速率、化学平衡移动的因素、探究影响化学反应速率的因素等知识，题目难度中等．