第二节综合训练

平衡时 $ {\rm \mathrm{X}} $ 、 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 的浓度之比为 $ 1:3 $ ，转化浓度之比也为 $ 1:3 $ ，故起始浓度 $ {c}_{1}:{c}_{2}=1:3 $ ，①正确； $ {\rm \mathrm{Y}} $ 的生成速率表示逆反应速率， $ {\rm \mathrm{Z}} $ 的生成速率表示正反应速率，则平衡时 $ {\rm {v}_{生成}(\mathrm{Y}):{v}_{生成}(\mathrm{Z})} $ 为 $ 3:2 $ ，②错误；反应中 $ {\rm \mathrm{X}} $ 和 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 必然以物质的量之比为 $ 1:3 $ 消耗， $ {\rm \mathrm{X}} $ 和 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 转化量之比为 $ 1:3 $ ，③错误；运用假设法，假设起始时 $ {\rm \mathrm{Z}} $ 的浓度为0，则 $ {c}_{2} $ 为 $ {\rm 0.42\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ，即 $ {c}_{2} $ 的取值范围为 $ {\rm 0 < {c}_{2} < 0.42\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ，④正确；故选 $ {\rm \mathrm{B}} $ 。

平衡时 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 为 $ 0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ， $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{O}} $ 为 $ 0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，两者物质的量之比为 $ 1:1 $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；主反应Ⅰ中 $ {\rm 0.8\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 转移 $ 6.4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子（ $ {\rm \mathrm{C}} $ 的化合价由 $ +4 $ 价变为 $ -4 $ 价），副反应Ⅱ中 $ {\rm 0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 转移 $ 0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子（ $ {\rm \mathrm{C}} $ 的化合价由 $ +4 $ 价变为 $ +2 $ 价），转移 $ 6.6\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；平衡时气体总物质的量为 $ 3.4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ， $ {\rm n({\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O})=1.7\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ，体积分数为 $ 50\% $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确； $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 和 $ {\rm 4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}_{2}} $ 的总质量为 $ 52\mathrm{g} $ ，反应前后气体总质量不变，容器容积固定为 $ {\rm 1\mathrm{L}} $ ，密度保持 $ {\rm 52\mathrm{g}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

由图可知，无催化剂时，随反应进行，生成物浓度在增加，说明反应也在进行， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；由图可知，相同时间内，催化剂Ⅰ作用下生成物浓度增大更多，说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低，反应更快，催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；由图可知，使用催化剂Ⅱ时，在 $ 0\sim 2 \min $ 内 $ {\rm \mathrm{\Delta }c(\mathrm{Y})=2.0\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ，而 $ \mathrm{a} $ 曲线表示的 $ {\rm \mathrm{X}} $ 的浓度变化量也为 $ {\rm 2.0\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ，二者变化量之比不等于化学计量数之比，所以 $ \mathrm{a} $ 曲线不表示使用催化剂Ⅱ时 $ {\rm \mathrm{X}} $ 的浓度随时间 $ t $ 的变化， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；使用催化剂Ⅰ时，在 $ 0\sim 2 \min $ 内， $ {\rm \mathrm{Y}} $ 的浓度变化了 $ {\rm 4.0\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ，则 $ {\rm v(\mathrm{X})=\dfrac{1}{2}v(\mathrm{Y})=\dfrac{1}{2}×\dfrac{4.0}{2}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot { \min }^{-1}=1.0\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot { \min }^{-1}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

根据题图可知， $ {t}_{1}～{t}_{2} \min $ 内收集气体的体积为 $ {\rm ({V}_{2}-{V}_{1})\mathrm{m}\mathrm{L}} $ ，该时间段收集气体的体积最大， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；将 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ 粉碎，增大其与盐酸的接触面积，反应速率加快， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；根据相同时间内收集气体的体积大小，可知平均反应速率： $ v({t}_{1}～{t}_{2} \min ) > v({t}_{2}～{t}_{3} \min ) > v(0～{t}_{1} \min ) > v({t}_{3}～{t}_{4} \min ) $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误； $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ 与盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水，反应的离子方程式为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}+2{\mathrm{H}}^{+}\xlongequal{}{\mathrm{C}\mathrm{a}}^{2+}+{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}↑+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

题给反应有 $ {\rm \mathrm{S}} $ 单质生成，故随反应进行，生成的 $ {\rm \mathrm{S}} $ 越多，溶液浑浊度越大。加热，反应速率增大，在加热条件下进行实验①，可缩短到达相同浑浊度所需的时间，则浑浊度曲线应在曲线①左边，其浑浊度曲线应变为 $ \mathrm{a} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 不符合题意；③④⑤变量为 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 的浓度，根据变量控制法的要求有 $ 3.5+2.5+9=3.5+3.5+x $ ，则实验③中 $ x=8 $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 不符合题意；实验①②③变量为硫代硫酸钠溶液的浓度，实验③④⑤变量为硫酸的浓度，由题图可知，达到相同浑浊度所需的时间： $ ③ < ④ < ⑤ < ② < ① $ ，可说明其他条件相同时，增大或降低硫代硫酸钠溶液的浓度和硫酸的浓度，对该反应化学反应速率影响程度不同， $ {\rm \mathrm{C}} $ 符合题意；实验①②③或③④⑤均可说明其他条件相同时，增大反应物浓度，可缩短达到相同浑浊度所需的时间，即可增大该反应速率， $ {\rm \mathrm{D}} $ 不符合题意。

① 起始投料量相同的条件下，容器容积与压强成反比，起始压强大的体系对应容器的容积小，由图甲可知，曲线 $ {\rm \mathrm{N}} $ 对应容器 $ {\rm \mathrm{A}} $ ，曲线 $ {\rm \mathrm{M}} $ 对应容器 $ {\rm \mathrm{B}} $ 。

② 曲线 $ {\rm \mathrm{M}} $ 对应容器 $ {\rm \mathrm{B}} $ （容积为 $ {\rm 2\mathrm{L}} $ ），刚性容器中充入 $ {\rm 2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 和 $ {\rm 6\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}_{2}} $ ，在适宜的催化剂作用下发生反应， $ 10 \min $ 时，反应达到平衡，总压强为 $ {\rm 2.8\mathrm{M}\mathrm{P}\mathrm{a}} $ ，设转化了 $ {\rm x\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ ，列出三段式：

$ {\rm\hspace{-0.5em} \begin{array} {l} \rm\hspace{-0.5em} \begin{array}{cccccccc}& {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}\left(\mathrm{g}\right)& +& 3{\mathrm{H}}_{2}\left(\mathrm{g}\right)& ⇌& {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}\mathrm{O}\mathrm{H}\left(\mathrm{g}\right)& +& {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\left(\mathrm{g}\right)\\ 起始量/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}& 2& & 6& & 0& & 0\\ 转化量/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}& x& & 3x& & x& & x\\ 平衡量/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}& 2-x& & 6-3x& & x& & x\end{array} \hspace{-0.5em}\end{array} \hspace{-0.5em} } $

恒温恒容条件下，压强之比等于物质的量之比，则 $ {\rm \dfrac{8\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{(8-2x)\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}=\dfrac{4\mathrm{M}\mathrm{P}\mathrm{a}}{2.8\mathrm{M}\mathrm{P}\mathrm{a}}} $ ，解得 $ x=1.2 $ ， $ 0\sim 10 \min $ 内， $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ 转化了 $ 3.6\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ， $ {\rm v({\mathrm{H}}_{2})=\dfrac{\mathrm{\Delta }c}{\mathrm{\Delta }t}=\dfrac{\dfrac{3.6\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{2\mathrm{L}}}{10 \min }=0.18\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot { \min }^{-1}} $ 。 $ {\rm H} $ 点反应已达到平衡，对应的速率关系是 $ {\rm {v}_{正}({\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2})={v}_{逆}({\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2})=\dfrac{1}{3}{v}_{逆}({\mathrm{H}}_{2})} $ ， $ {\rm {v}_{正}({\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}) < {v}_{逆}({\mathrm{H}}_{2})} $ 。

③ 降低温度，化学反应速率降低， $ \mathrm{a} $ 错误；充入 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ ，反应物浓度增加，化学反应速率加快， $ \mathrm{b} $ 正确；充入 $ {\rm {\mathrm{N}}_{2}} $ ， $ {\rm {\mathrm{N}}_{2}} $ 不参与反应，不影响反应速率， $ \mathrm{c} $ 错误；及时移走部分 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ ，反应物浓度降低，化学反应速率降低， $ \mathrm{d} $ 错误。

④ 温度一定时，焓变为定值，不能确定平衡状态， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；设起始投入 $ {\rm n({\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2})=n({\mathrm{H}}_{2})=1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ，某时刻转化了 $ {\rm y\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ ，列出三段式：

$ {\rm\hspace{-0.5em} \begin{array} {l} \rm\hspace{-0.5em} \begin{array}{cccccccc}& {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}\left(\mathrm{g}\right)& +& 3{\mathrm{H}}_{2}\left(\mathrm{g}\right)& ⇌& {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}\mathrm{O}\mathrm{H}\left(\mathrm{g}\right)& +& {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\left(\mathrm{g}\right)\\ {起始量}/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}& 1& & 1& & 0& & 0\\ {转化量}/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}& y& & 3y& & y& & y\\ {某时刻量}/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}& 1-y& & 1-3y& & y& & y\end{array} \hspace{-0.5em}\end{array} \hspace{-0.5em} } $

则任一时刻 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 体积分数为 $ \dfrac{1-y}{2-2y}=0.5 $ ，是定值，随反应进行不发生变化， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；根据反应方程式，消耗的 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 的物质的量与生成的 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 的物质的量相等， $ {\rm \mathrm{C}} $ 项中二氧化碳、水的变化量与反应不符， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；正反应为气体物质的量减少的反应，且气体质量不变，则随反应进行，平均摩尔质量逐渐增大，平均摩尔质量不变时反应达到平衡状态， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

（2） ① $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{O}} $ 为反应物，随反应进行， $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{O}} $ 浓度一直减小，曲线 $ \mathrm{a} $ 代表 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{O}} $ ； $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}_{2}} $ 为中间产物，浓度先增大后减小，曲线 $ \mathrm{d} $ 代表 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}_{2}} $ ； $ {\rm {\mathrm{N}}_{2}{\mathrm{O}}_{4}} $ 为产物，浓度一直增大，曲线 $ \mathrm{b} $ 代表 $ {\rm {\mathrm{N}}_{2}{\mathrm{O}}_{4}} $ 。

② $ {t}_{2}\mathrm{s} $ 时， $ {\rm c({\mathrm{N}\mathrm{O}}_{2})} $ 减小，说明其生成速率小于消耗速率。

③ $ {t}_{1}\mathrm{s} $ 时， $ {\rm c({\mathrm{N}\mathrm{O}}_{2})=c(\mathrm{N}\mathrm{O})=c({\mathrm{N}}_{2}{\mathrm{O}}_{4})} $ ，根据 $ {\rm \mathrm{N}} $ 元素守恒， $ {\rm c({\mathrm{N}\mathrm{O}}_{2})=0.25{c}_{0}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ，即 $ {\rm X=0.25{c}_{0}} $ 。