Question

12．BaS是一种白色晶体，微溶于水，可用于制备立德粉、Na₂S等．工业上可用H₂与重晶石（BaS0₄）在高温下反应制备BaS，热化学方程式为BaS0₄（s）+4H₂（g）?BaS（s）+4H₂0（g）△H=+xkJ•mol^-1（x＞0）．回答下列问题：
（1）在温度和容积不变的条件下，能说明该反应己达到平衡状态的是cd（填字母序号）．
a．n（H₂）=n（H₂O） 　　　　
b．容器内压强保持不变
c．v_正（H₂）=v_逆（H₂O）　
d．水蒸气的浓度保持不变
（2）平衡后下列措施既可提高反应速率，又可提高H₂的转化率的是b（填字母序号）．
a．使用催化剂　　　　　　
b．升高反应体系的温度
c．增大反应容器的体积　
d．及时从反应体系中分离出水蒸气
（3）将温度恒定为T℃，向体积为2L的密闭容器中加入一定量的重晶石和H₂．在不同时间测得H₂的物质的量如下表：

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

①2t时，n＜ 1.20（填“＞”、“＜”或“=”）
②若氢气的平衡转化率为a，则该温度下反应的化学平衡常数K=$\frac{{a}^{4}}{（1-a）^{4}}$（用含a的代数式表示）；若测得该反应达到平衡时吸热Q kJ，则x=$\frac{2Q}{a}$（用含a、Q的代数式表示）．
（4）为了探究温度、固体反应物的表面积对化学反应速率的影响，某同学在一固定容积的密闭容器中加入一定量的重晶石和H₂，设计了下表中的三组实验：

试验编号	T/℃	c起始（H2）/mol•L-1	重晶石的比表面积/m2•g-1
Ⅰ	850	c1	3.4
Ⅱ	T1	0.80	7.6
Ⅲ	900	0.80	7.6

①填写上表中的实验条件：T₁=850c₁=0.80
②在直角坐标系中画出Ⅰ，Ⅱ两组实验氢气的浓度随时间变化趋势图，并在每条曲线上标明对应的实验编号．

Answer 1

分析 （1）可逆反应到达时，同一物质表示的正、逆反应速率相等（或不同物质表示的正逆速率之比等于其化学计量数之比），各物质的浓度、含量不再发生变化，由此衍生的其它一些物理量不变，选择判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化，说明可逆反应到达平衡；
（2）改变条件提高H₂的转化率，说明改变条件，平衡向正反应移动，同时又可提高反应速率，再根据外接条件对反应速率、平衡移动影响分析解答；
（3）①在时间t～3t共2tmin内，氢气物质的量变化为1.5mol-0.9mol=0.6mol，由于随反应进行，氢气浓度降低，故t～3t共2tmin内，前tmin内氢气的反应速率大于后tmin内的速率；
②根据氢气转化率计算参加反应氢气物质的量，进而计算平衡时氢气、水的物质的量，反应前后气体的化学计量数相等，用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（{H}_{2}）}$计算；
根据热化学方程式表示出反应放出的热量，进而计算x的值；
（4）①采取控制变量法分析，对比实验Ⅱ、Ⅲ中数据，应是实验对比探究温度对反应速率的影响，对比Ⅰ、Ⅱ数据，应是实验对比探究固体反应物的表面积对反应速率的影响；
②Ⅰ、Ⅱ是固体反应物的表面积度对反应速率影响，固体反应物的表面积越大，反应速率越快，到达平衡时间越短，固体反应物的表面积不影响平衡移动，平衡时氢气的浓度相等；
Ⅱ、Ⅲ是实验对比探究温度对反应速率的影响，温度越高，反应速率越快，到达平衡时间越短，正反应为吸热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡时Ⅲ中氢气浓度小于Ⅱ．

解答 解：（1）a．没有指明正逆反应速率，无法判断是否到达平衡，故a错误； 　　　　
b．混合气体总物质的量不变，温度、容器容积保持不变，容器内压强始终不变，故b错误；
c．v_正（H₂）=v_逆（H₂O）则说明氢气的消耗速率等于其生成速率，反应到达平衡，故c正确；　
d．生成物水蒸气的浓度保持不变，说明反应到达平衡，故d正确，
故选：cd；
（2）a．使用催化剂加快反应速率，不影响平衡移动，故a错误；　　　　　　
b．升高反应体系的温度，反应速率加快，正反应为吸热反应，平衡向正反应方向移动，氢气的转化率增大，故b正确；
c．增大反应容器的体积，压强减小，反应速率降低，平衡不移动，氢气转化率不变，故c错误；　
d．及时从反应体系中分离出水蒸气，平衡向正反应方向移动，氢气转化率增大，但物质的浓度降低，反应速率减小，故d错误，
故选：b；
（3）①在时间t～3t共2tmin内，氢气物质的量变化为1.5mol-0.9mol=0.6mol，由于随反应进行，氢气浓度降低，故t～3t共2tmin内，前tmin内氢气的反应速率大于后tmin内的速率，故前tmin内氢气的物质的量变化大于0.3mol，故此时氢气物质的量小于1.5mol-0.3mol=1.2mol，
故答案为：＜；
②参加反应氢气物质的量为2a mol，则平衡时氢气为2（1-a）mol，由方程式可知生成水为2a mol，反应前后气体的化学计量数相等，用物质的量代替浓度代入平衡常数，故平衡常数K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（{H}_{2}）}$=$\frac{（2a）^{4}}{[2（1-a）]^{4}}$=$\frac{{a}^{4}}{（1-a）^{4}}$；
反应放出的热量为xkJ×$\frac{2amol}{4mol}$，即xkJ×$\frac{2amol}{4mol}$=Q，故x=$\frac{2Q}{a}$，
故答案为：$\frac{{a}^{4}}{（1-a）^{4}}$；$\frac{2Q}{a}$；
（4）①采取控制变量法分析，对比实验Ⅱ、Ⅲ中数据，应是实验对比探究温度对反应速率的影响，对比Ⅰ、Ⅱ数据，应是实验对比探究固体反应物的表面积对反应速率的影响，故T₁=850℃、c₁=0.80mol/L，
故答案为：850；0.80；
②Ⅰ、Ⅱ是固体反应物的表面积度对反应速率影响，固体反应物的表面积越大，反应速率越快，到达平衡时间越短，固体反应物的表面积不影响平衡移动，平衡时氢气的浓度相等，
Ⅱ、Ⅲ是实验对比探究温度对反应速率的影响，温度越高，反应速率越快，到达平衡时间越短，正反应为吸热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡时Ⅲ中氢气浓度小于Ⅱ，
故Ⅰ、Ⅱ两组实验氢气的浓度随时间变化趋势图为，故答案为：．

点评 本题考查化学平衡状态的判断、化学反应速率及化学平衡影响因素、平衡常数计算、反应热计算等，是对学生综合能力的考查，注意利用控制变量法分析探究影响反应速率的因素．