- 焓变、反应热
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Ⅰ.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:其化学平衡常数K与温度t的关系如下:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
请回答下列问题:
(1)该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)800℃,固定容器的密闭容器中,放入混合物,其始浓度为c(CO) =" 0.01" mol/L,c(H2O) =" 0.03" mol/L,c(CO2) =" 0.01" mol/L,c(H2) =" 0.05" mol/L,则反应开始时,H2O的消耗速率比生成速率 __ _(填“大”、“小”或“不能确定”)。
Ⅱ.超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,其反应为:2NO+2CO2CO2+N2。为了测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):
(1)在上述条件下反应能够自发进行,则反应的△H 0(填写“>”、“<”、“=”)。
(2)前2s内的平均反应速率v(N2)= 。
(3)在该温度下,反应的平衡常数K= 。
(4)假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是 。
A.选用更有效的催化剂 B.升高反应体系的温度
C.降低反应体系的温度 D.缩小容器的体积
(5)若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,则平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);使用催化剂,上述反应的△H________(填“增大” “减小” 或“不改变”)。
正确答案
(11分)Ⅰ (1)吸热 (2)小
Ⅱ.(1)<;(2)1.88×10-4 mol·L-1·s-1;(3)5000;(4)C、D;(5向左;不改变
试题分析:Ⅰ. (1)根据表中数据可知,随着温度的升高,平衡常数K逐渐增大,这说明升高温度平衡向正反应方向移动,所以该反应为吸热反应。
(2)如果始浓度为c(CO) =" 0.01" mol/L,c(H2O) =" 0.03" mol/L,c(CO2) =" 0.01" mol/L,c(H2) =" 0.05" mol/L,则此时。由于800℃时K=1.0,所以此时反应向正反应方向进行,即H2O的消耗速率比生成速率小。
Ⅱ.(1)自发反应,通常为放热反应,即DH小于0。
(2)以NO计算,2s内NO的浓度变化为(10-2.5)×10-4mol/L,V(NO)=7.5×10-4/2 =3.75×10-4mol/(L·s)。根据速率之比等于计量系数比可知,V(N2)=1/2 V(NO)=1.875×0-4mol/(L·s)。
(3)化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据反应的方程式可知=
=5000。
(4)催化剂不影响平衡的移动,A项错;该反应放热,所以社会稳定平衡逆向移动,NO转化率降低,B项错,C项正确;缩小体积,即增大压强,平衡向体积减小的方向运动,即正向移动,D项正确,答案选CD。
(5)若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,则容积的体积必然增大,平衡向左移动。催化剂不能改变反应热,所以使用催化剂,上述反应的△H不变。
点评:该题是高考中的常见题型,试题综合性强,对学生的要求较高。试题在注重对学生基础知识巩固的训练的同时,更侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练,有利于调动学生的学习兴趣和学习积极性,激发学生的学习求知欲。也有助于培养学生的逻辑推理能力和抽象思维能力。
空气质量与我们的健康息息相关,目前我国通过监测6项污染物的质量浓度来计算空气质量指数(AQI),SO2、NO2和CO是其中3项中的污染物。
(1)上述3种气体直接排入空气后会引起酸雨的气体有 (填化学式)。
(2)早期人们曾经使用铅室法生产硫酸,其主要反应为:
SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)
①若已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=a kJ·mol-1
2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=b kJ·mol-1
则SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH= kJ·mol-1。
②一定温度下,向固定体积为2 L的密闭容器中充入SO2和NO2各1 mol,发生反应:SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)。下列事实中不能说明该反应达到平衡状态的是 (选填序号)。
a.体系压强保持不变 b.混合气体的颜色保持不变
c.NO的物质的量保持不变 d.每生成1 mol SO3的同时消耗1 mol NO2
③测得②中反应5 min末到达平衡,此时容器中NO与NO2的体积比为3︰1,则这段时间内SO2的反应速率υ(SO2)= ,此反应在该温度下的平衡常数K= 。
(3)甲醇日趋成为重要的有机燃料,通常利用CO和H2合成甲醇,其反应的化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。今在一容积可变的密闭容器中,充有10 mol CO和20 mol H2,用于合成甲醇。CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(P)的关系如图所示:
①上述合成甲醇的反应为 反应(填“放热”或“吸热”)。
②A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为 。
③若将达到平衡状态A时生成的甲醇用于构成甲醇一氧气燃料电池,电解质溶液为KOH浓溶液,则该电池工作时正极的电极反应式为 ,理论上通过外电路的电子最多为 mol。
正确答案
(1)(2分) SO2、NO2 (2)(8分)① ②ad ③0.075mol/(L•min) 9
(3)(6分)①放热(1分) ②Ka=Kb>KC(1分) ③O2 + 2H2O + 4e-=4OH-(2分) 30(2分)
试题分析:(1)SO2和NO2排入大气中最终分别变为硫酸和硝酸,从而形成酸雨。CO不能形成酸雨。
(2)①若已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=a kJ·mol-1、2NO(g)+O2(g)
2NO2(g) ΔH=b kJ·mol-1,则根据盖斯定律可知前者减去后者即得到反应2SO2(g)+2NO2(g)
2SO3(g)+
2NO(g),因此反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=
kJ·mol-1。
②在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态,据此可以判断。A、根据反应式可知,反应前后气体的体积不变,因此压强始终是不变,则体系压强保持不变不能说明反应达到平衡状态;b、颜色的深浅与NO2的浓度有关系,所以当混合气体的颜色保持不变时,则说明NO2的浓度不再发生变化,因此反应达到平衡状态;c、NO的物质的量保持不变说明正逆反应速率相等,达到平衡状态;d、每生成1 mol SO3的同时,一定消耗1 molNO2,因此该关系是始终成立的,不能说明反应达到平衡状态,答案选ad。
③ SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)
起始量(mol) 1 1 0 0
转化量(mol) x x x x
平衡量(mol) 1-x 1-x x x
由于平衡时容器中NO与NO2的体积比为3︰1
则3-3x=x
解得x=0.75mol
所以平衡时消耗SO2的浓度是0.75mol÷2L=0.375mol/L
则这段时间内SO2的反应速率υ(SO2)=0.375mol/L÷5min=0.075mol/(L•min)
由于反应前后体积不变,所以可以用物质的量代替浓度计算平衡常数
则此反应在该温度下的平衡常数K==9
(3)①根据图像可知,在压强不变的条件下,随着温度的升高,CO的转化率降低。这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,因此正方应是放热反应。
②平衡常数只与温度有关系,A和B两点温度相同,则平衡常数相等。升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,所以三点平衡常数的大小关系是Ka=Kb>KC。
③原电池中负极失去电子,发生氧化反应。正极得到电子,发生还原反应。所以在燃料电池中燃料在负极通入,氧气或空气在正极通入。由于电解质是氢氧化钾溶液,显碱性,所以正极电极反应式为O2 + 2H2O + 4e-=4OH-;根据图像可知A点CO的转化率是0.5,则平衡常数生成甲醇的物质的量是10mol×0.5=5mol。甲醇中碳元素的化合价是-2价,反应后被氧化为+4价,失去6个电子,所以5mol甲醇反应转移电子的物质的量是5mol×6=30mol。
(I某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以NH4+和NH3·H2O的形式存在。在微生物作用下,NH4+经过两步反应被氧化成NO3-,两步反应的能量变化示意图如下:
(1)1 mo1NH4+(aq)全部氧化成NO3-(aq)的热化学方程式是 _ 。
(2)在一定条件下,向废水中加入CH3OH,将HNO3还原成 N2,若该反应消耗32gCH3OH转移6mol电子,则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是_ 。
(B)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术
将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式如下:2NO十2CO2CO2+ N2 △H
某温度下用气体传感器测得不同的时间的NO和CO浓度如下表:
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):
(1)在上述条件下反应能够自发进行,则反应的△H 0(填写“>”、“<”、“=”)
(2)在该温度下,反应的平衡常数K= (只写出计算结果);
(3)某同学设计了三组实验,分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,
部分实验条件如下表:
该同学画出了表中三个实验条件下,混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,请在图上标明各条曲线的实验编号;
正确答案
(I)(1)NH4+(aq)+2O2(g)=2H+(aq)+NO3-(aq)+H2O(l)
△H=-346kJ·mol-1
(2)5:6
(Ⅱ)(1)<
(2)5000
(3)见图
试题分析:(I)(1)NH4+(aq)+2O2(g)=2H+(aq)+NO3-(aq)+H2O(l)
1 mo1NH4+(aq)全部氧化成NO3-(aq)的热化学方程式中△H为第一步反应和第二部反应之和即为:-346kJ·mol-1;(2)32gCH3OH的物质的量为1mol,转移电子6mol表示氧化剂HNO3得到6mol电子,由于HNO3中N元素有+5价将为N2中的0价因此需要1.2molHNO3参与反应。因此参加反应的还原剂CH3OH和氧化剂HNO3的物质的量之比是5:6。
(Ⅱ)(1)此反应为气体体积缩小的反应△S<0,由于反应能够自发进行因此△G=△H-T△S<0,因此
△H<0
(2) 2NO + 2CO 2CO2 + N2
始:10.0×10-4 3.6×10-3 0 0
变:9.00×10-4 9.00×10-4 9.00×10-4 4.50×10-4
终:1.00×10-4 2.7×10-3 9.00×10-4 4.50×10-4
由公式计算可得K=5000
(3)Ⅱ对比I增加了催化剂的比表面积,催化剂只会缩短达到平衡的时间并不影响平衡的移动;Ⅲ对比Ⅱ提高了反应的温度,平衡向吸热方向移动,即向逆反应方向移动c(NO)提高。
利用海水资源进行化工生产的部分工艺流程如图:
(1)流程I中,欲除去粗盐中含有的Ca2+、Mg2+、SO42-等离子,需将粗盐溶解后,按序加入药品进行沉淀、过滤等。加入药品和操作的顺序可以是 。
a.Na2CO3、NaOH、BaCl2、过滤、盐酸 b.NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、盐酸
c.NaOH、Na2CO3、BaCl2、过滤、盐酸 d.BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、盐酸
(2)流程II中,电解饱和NaCl溶液的离子方程式为 。通电开始后,阳极区产生的气体是 ,阴极附近溶液pH会 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)流程III中,通过反应得到NaHCO3晶体。下图为NaCl、NH4Cl、NaHCO3、NH4HCO3的溶解度曲线,其中能表示NaHCO3溶解度曲线的是 ,化学反应方程式是 。
(4)流程IV中,所得纯碱常含有少量可溶性杂质,提纯它的过程如下:将碳酸钠样品加适量水溶解、 、 、过滤、洗涤2-3次,得到纯净Na2CO3•10H2O,Na2CO3•10H2O脱水得到无水碳酸钠,已知:
Na2CO3·H2O(s)==Na2CO3(s)+H2O(g) ΔH1=+58.73kJ·mol-1
Na2CO3·10H2O(s)==Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g) ΔH2=" +473.63" kJ·mol-1
把该过程产生的气态水完全液化释放的热能全部用于生产Na2CO3所需的能耗(不考虑能量损失),若生产1molNa2CO3需要耗能92.36kJ,由此得出:H2O(g)==H2O(l) △H = 。
正确答案
(16分)
(1)bd(3分,只选b或d得1分,全对得3分,凡其它有错答案不得分)。
(2) 2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑(2分,写“通电”不扣分、漏反应条件、无“↑”、未配平只扣1分); Cl2(或氯气)(1分),增大(1分)
(3)d (2分) NaCl + CO2 + NH3 + H2O="=" NaHCO3↓+ NH4Cl(2分,未写“↓”扣1分)
(4)蒸发浓缩 冷却结晶(2分) — 44.00 kJ/mol(3分,无单位扣1分,没有符号“-”的不得分)
试题分析:(1)a项,虽然能除去杂质及过量碳酸钠和氢氧化钠,但是过量氯化钡没有除去,故a选项错误;b项,既能除去杂质及过量的氢氧化钠、氯化钡、碳酸钠,又不引入新的杂质,故b选项正确;c项,虽然能除去杂质及过量的氢氧化钠、碳酸钠,但是过量的氯化钡没有除去,故c选项错误;d项,既能除去杂质及过量的氯化钡、碳酸钠、氢氧化钠,又不引入新的杂质,故d选项正确;(2)用惰性电解饱和食盐水可以制备氢氧化钠、氢气、氯气,该反应实质为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑;阴离子移向阳极,氯离子比氢氧根离子容易失去电子,发生氧化反应,产生黄绿色的气体,即氯气;阳离子移向阴极,氢离子比钠离子容易得到电子,发生还原反应,则阴极产生无色气体,即氢气,由于氢离子被消耗,则阴极附近氢离子浓度减小,所以阴极附近溶液的pH增大;(3)流程III的反应属于复分解反应,即NaCl+NH3+CO2+H2O==NaHCO3↓+NH4Cl(或者NH3+H2O==NH3•H2O、NH3•H2O+CO2==NH4HCO3、NH4HCO3+NaCl="=" NaHCO3↓+NH4Cl),该反应能够发生的原因是NH4HCO3、NaCl的溶解度均大于NaHCO3,则图中溶解度最小的d表示NaHCO3;(4)由于被提纯物和杂质都是可溶物,杂质可能是NaCl等,根据混合物分离提纯的方法推断,应选择结晶法分离出碳酸钠晶体,因此需要将碳酸钠样品加适量水溶解、蒸发浓缩、冷却结晶或降温结晶、过滤、洗涤,得到纯净的Na2CO3•10H2O,Na2CO3•10H2O脱水得到无水碳酸钠;先将已知两个热化学方程式编号为①②,观察发现①+②可得③Na2CO3·10H2O(s)==Na2CO3 (s)+10H2O(g) ΔH3=" +532.36" kJ·mol-1,依题意可知④Na2CO3·10H2O(s)==Na2CO3 (s)+10H2O(l) ΔH4=" +92.36" kJ·mol-1,观察发现(④—③)/10可以得到:H2O(g)="=" H2O(l) ΔH=(ΔH4—ΔH3)/10=" —44" kJ·mol-1。
运用化学反应原理研究氮、硫、氯、碘等单质及其化合物的反应有重要意义
(1)硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3; 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),混合体系中SO3 的百分含量和温度的关系如下图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态).根据图示回答下列问题,
①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的△H 0
(填“>”或“<”):若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”)
②若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1,K2,则K1 K2;反应进行到状态D时,
(填“>”“<”或“=”)
(2)氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农 业生产、生活中有着重要作用,
①如图是一定的温度和压强下N2和H2反应生成lmolNH3过程中能量变化示意图,请写出工业合成氨的热化学方程式:
(△H的数值用含字母Q1、Q2的代数式表示)
②氨气溶于水得到氨水,在25℃下,将a mol·L-1的氨水与b mol·L-1的盐酸等体积混合,反应后溶液显中性,则c(NH4+) c(Cl-)(填“>”、“<”或“=”);用含a和b的代数式表示出该混合溶液中氨水的电离平衡常数 .
(3)海水中含有大量的元素,常量元素如氯,微量元素如碘,其在海水中均以化合态存在,在25℃下,向0.1L0.002mol·L-l的NaCl溶液中逐滴加入适量的0.1L0.002mol·L-l硝酸银溶液,有白色沉淀生成,从沉淀溶解平衡的角度解释产生沉淀的原因是 ,向反应后的浊液中继续加入0.1L0.002mol·L-1的NaI溶液,看到的现象是 ,产生该现象的原因是(用离子方程式表示) 。
(已知:25℃时KSP(AgCl)=1.6×l0-10 KSP(AgI)=1.5×l0-16)
正确答案
(1)①< 向左 (2分)
②> > (2分)
(2)①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=2(Q1-Q2)KJ/mol (3分)
②= (1分) (1分)
(3)C(Ag+)·C(Cl-)>KSP(AgCl) (1分) 白色沉淀变成黄色(1分)
AgCl(s)+I-(aq)=AgI(s)+Cl-(ag) (2分)
试题分析:(1))①由图可知,温度越高,混合体系中SO3的百分含量越小,说明升高温度平衡向逆反应进行,即向左移动,升高温度向吸热反应方向移动,即该反应正反应为放热反应;恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气,体积应增大,反应混合物各组分的浓度降低,等效为降低压强,压强降低平衡向体积增大方向移动,即向左移动.
②温度升高,平衡向吸热方向移动,即向逆反应移动,K值减小,K1>K2,D状态未达平衡,混合体系中SO3的百分含量小于平衡时的,反应向正反应进行,所以V正>V逆,
(2)①由图可知,N2和H2反应生成1molNH3放出的热量为(Q1-Q2)kJ,该反应的热化学反应方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=2(Q1-Q2)KJ/mol ,
②amol·L-1氨水溶液和bmol·L-1盐酸溶液等体积混合后反应生成氯化铵溶液,溶液中存在电荷守恒,c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),溶液呈中性c(H+)=c(OH-),所以c(NH4+)=c(Cl―),混和后,溶液中c(NH3·H2O )= ,c(NH4+)=c(Cl―)=
mol/L,c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,
,答案:=,
(3)当溶液中离子的浓度商Qc=C(Ag+)·C(Cl-)>KSP(AgCl) 时,有沉淀产生;两者化学式所表示的阴阳离子个数比相同,溶度积越大,溶解性越大,即AgCl比AgI的溶解度大,物质由溶解度大的转化为溶解度更小的,所以由AgCl转化为更难溶的AgI,现象为白色沉淀转化为黄色沉淀,离子方程式为AgCl(s)+I-═AgI(s)+Cl-,
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