Question

12．BaS是一種白色晶體，微溶于水，可用于制備立德粉、Na₂S等．工業(yè)上可用H₂與重晶石（BaS0₄）在高溫下反應制備BaS，熱化學方程式為BaS0₄（s）+4H₂（g）?BaS（s）+4H₂0（g）△H=+xkJ•mol^-1（x＞0）．回答下列問題：
（1）在溫度和容積不變的條件下，能說明該反應己達到平衡狀態(tài)的是cd（填字母序號）．
a．n（H₂）=n（H₂O） 　　　　
b．容器內(nèi)壓強保持不變
c．v_正（H₂）=v_逆（H₂O）　
d．水蒸氣的濃度保持不變
（2）平衡后下列措施既可提高反應速率，又可提高H₂的轉化率的是b（填字母序號）．
a．使用催化劑　　　　　　
b．升高反應體系的溫度
c．增大反應容器的體積　
d．及時從反應體系中分離出水蒸氣
（3）將溫度恒定為T℃，向體積為2L的密閉容器中加入一定量的重晶石和H₂．在不同時間測得H₂的物質(zhì)的量如下表：

時間/min	0	t	2t	3t	4t
n（H2）/mol	2.00	1.50	n	0.90	0.80

①2t時，n＜ 1.20（填“＞”、“＜”或“=”）
②若氫氣的平衡轉化率為a，則該溫度下反應的化學平衡常數(shù)K=$\frac{{a}^{4}}{（1-a）^{4}}$（用含a的代數(shù)式表示）；若測得該反應達到平衡時吸熱Q kJ，則x=$\frac{2Q}{a}$（用含a、Q的代數(shù)式表示）．
（4）為了探究溫度、固體反應物的表面積對化學反應速率的影響，某同學在一固定容積的密閉容器中加入一定量的重晶石和H₂，設計了下表中的三組實驗：

試驗編號	T/℃	c起始（H2）/mol•L-1	重晶石的比表面積/m2•g-1
Ⅰ	850	c1	3.4
Ⅱ	T1	0.80	7.6
Ⅲ	900	0.80	7.6

①填寫上表中的實驗條件：T₁=850c₁=0.80
②在直角坐標系中畫出Ⅰ，Ⅱ兩組實驗氫氣的濃度隨時間變化趨勢圖，并在每條曲線上標明對應的實驗編號．

Answer 1

分析 （1）可逆反應到達時，同一物質(zhì)表示的正、逆反應速率相等（或不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于其化學計量數(shù)之比），各物質(zhì)的濃度、含量不再發(fā)生變化，由此衍生的其它一些物理量不變，選擇判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化，說明可逆反應到達平衡；
（2）改變條件提高H₂的轉化率，說明改變條件，平衡向正反應移動，同時又可提高反應速率，再根據(jù)外接條件對反應速率、平衡移動影響分析解答；
（3）①在時間t～3t共2tmin內(nèi)，氫氣物質(zhì)的量變化為1.5mol-0.9mol=0.6mol，由于隨反應進行，氫氣濃度降低，故t～3t共2tmin內(nèi)，前tmin內(nèi)氫氣的反應速率大于后tmin內(nèi)的速率；
②根據(jù)氫氣轉化率計算參加反應氫氣物質(zhì)的量，進而計算平衡時氫氣、水的物質(zhì)的量，反應前后氣體的化學計量數(shù)相等，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（{H}_{2}）}$計算；
根據(jù)熱化學方程式表示出反應放出的熱量，進而計算x的值；
（4）①采取控制變量法分析，對比實驗Ⅱ、Ⅲ中數(shù)據(jù)，應是實驗對比探究溫度對反應速率的影響，對比Ⅰ、Ⅱ數(shù)據(jù)，應是實驗對比探究固體反應物的表面積對反應速率的影響；
②Ⅰ、Ⅱ是固體反應物的表面積度對反應速率影響，固體反應物的表面積越大，反應速率越快，到達平衡時間越短，固體反應物的表面積不影響平衡移動，平衡時氫氣的濃度相等；
Ⅱ、Ⅲ是實驗對比探究溫度對反應速率的影響，溫度越高，反應速率越快，到達平衡時間越短，正反應為吸熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡時Ⅲ中氫氣濃度小于Ⅱ．

解答 解：（1）a．沒有指明正逆反應速率，無法判斷是否到達平衡，故a錯誤； 　　　　
b．混合氣體總物質(zhì)的量不變，溫度、容器容積保持不變，容器內(nèi)壓強始終不變，故b錯誤；
c．v_正（H₂）=v_逆（H₂O）則說明氫氣的消耗速率等于其生成速率，反應到達平衡，故c正確；　
d．生成物水蒸氣的濃度保持不變，說明反應到達平衡，故d正確，
故選：cd；
（2）a．使用催化劑加快反應速率，不影響平衡移動，故a錯誤；　　　　　　
b．升高反應體系的溫度，反應速率加快，正反應為吸熱反應，平衡向正反應方向移動，氫氣的轉化率增大，故b正確；
c．增大反應容器的體積，壓強減小，反應速率降低，平衡不移動，氫氣轉化率不變，故c錯誤；　
d．及時從反應體系中分離出水蒸氣，平衡向正反應方向移動，氫氣轉化率增大，但物質(zhì)的濃度降低，反應速率減小，故d錯誤，
故選：b；
（3）①在時間t～3t共2tmin內(nèi)，氫氣物質(zhì)的量變化為1.5mol-0.9mol=0.6mol，由于隨反應進行，氫氣濃度降低，故t～3t共2tmin內(nèi)，前tmin內(nèi)氫氣的反應速率大于后tmin內(nèi)的速率，故前tmin內(nèi)氫氣的物質(zhì)的量變化大于0.3mol，故此時氫氣物質(zhì)的量小于1.5mol-0.3mol=1.2mol，
故答案為：＜；
②參加反應氫氣物質(zhì)的量為2a mol，則平衡時氫氣為2（1-a）mol，由方程式可知生成水為2a mol，反應前后氣體的化學計量數(shù)相等，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)，故平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（{H}_{2}）}$=$\frac{（2a）^{4}}{[2（1-a）]^{4}}$=$\frac{{a}^{4}}{（1-a）^{4}}$；
反應放出的熱量為xkJ×$\frac{2amol}{4mol}$，即xkJ×$\frac{2amol}{4mol}$=Q，故x=$\frac{2Q}{a}$，
故答案為：$\frac{{a}^{4}}{（1-a）^{4}}$；$\frac{2Q}{a}$；
（4）①采取控制變量法分析，對比實驗Ⅱ、Ⅲ中數(shù)據(jù)，應是實驗對比探究溫度對反應速率的影響，對比Ⅰ、Ⅱ數(shù)據(jù)，應是實驗對比探究固體反應物的表面積對反應速率的影響，故T₁=850℃、c₁=0.80mol/L，
故答案為：850；0.80；
②Ⅰ、Ⅱ是固體反應物的表面積度對反應速率影響，固體反應物的表面積越大，反應速率越快，到達平衡時間越短，固體反應物的表面積不影響平衡移動，平衡時氫氣的濃度相等，
Ⅱ、Ⅲ是實驗對比探究溫度對反應速率的影響，溫度越高，反應速率越快，到達平衡時間越短，正反應為吸熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡時Ⅲ中氫氣濃度小于Ⅱ，
故Ⅰ、Ⅱ兩組實驗氫氣的濃度隨時間變化趨勢圖為，故答案為：．

點評 本題考查化學平衡狀態(tài)的判斷、化學反應速率及化學平衡影響因素、平衡常數(shù)計算、反應熱計算等，是對學生綜合能力的考查，注意利用控制變量法分析探究影響反應速率的因素．