- 焓变、反应热
- 共2059题
研究碳及其化合物的综合利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。
(1)高温时,用CO还原MgSO4可制备高纯MgO。
①750℃时,测得气体中含等物质的量SO2和SO3,此时反应的化学方程式是 _____;
②由MgO可制成“镁——次氯酸盐”电池,其装置示意图如图1,该电池正极的电极反应式为_________;
(2)二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) △H=QkJ/mol
①该反应的平衡常数表达式为K=_______。
②取五份等体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中发生上述反应,反应相同时间后测得甲醇的体积分数( CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示,则上述反应的Q_____0(填“>”“<”或“=”);
③在其中两个容器中,测得CH3OH的物质的量随时间变化如图3所示,曲线I、II对应的平衡常数大小关系为K1_________K11(填“>”“<”或“=”)。
(3)用H2或CO催化还原NO可以达到消除污染的目的。
已知:2NO(g)=N2(g)+O2(g) △H=-180.5kJ/mol
2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.6kJ/mol
则H2(g)与NO(g)反应生成N2(g)和H2O(l)的热化学方程式是________。
正确答案
(共14分)(1)①CO+2MgSO42MgO+CO2+SO2+SO3(3分)
②ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH-(2分) (2)①(2分) ②<(2分) >(2分)
(3)2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l) △H==-752.1kJ/mol(3分)
试题分析:(1)①用CO还原MgSO4可得到MgO、CO2、SO2和SO3,且测得气体中含等物质的量SO2和SO3,所以此时反应的化学方程式是CO+2MgSO42MgO+CO2+SO2+SO3。
②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。根据装置图可知“镁-次氯酸盐”燃料电池中Mg是活泼的金属,做负极。正极是ClO-得到电子发生还原反应,所以该电池反应的总反应方程式为Mg+ClO-+H2O=Cl-+Mg(OH)2,因此正极电极反应为ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH-。
(2)①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,所以根据反应的化学方程式可知,该反应的平衡常数K=。
②根据图2可知,最高点反应到达平衡状态。达平衡后,温度越高,甲醇的体积分数( CH3OH)越小,这说明升高温度平衡向逆反应方向进行。升高温度平衡向吸热方向进行,即逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,即△H<0。
③根据图3可知,曲线为T2时反应首先达到平衡状态,温度高反应速率快,所以温度T1<T2。正反应是放热反应,因此升高温度平衡向吸热反应移动,所以KⅠ>KⅡ。
(3)根据反应①2NO(g)=N2(g)+O2(g) △H=-180.5kJ/mol和反应②2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.6kJ/mol,并依据盖斯定律可知,①-②即得到反应2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l),所以该反应的反应热△H=-180.5kJ/mol-571.6kJ/mol=-752.1kJ/mol。
工业上采用乙苯与CO2脱氢生产重要化工原料苯乙烯
其中乙苯在CO2气氛中的反应可分两步进行
(1)上述乙苯与CO2反应的反应热△H为________________________。
(2)①乙苯与CO2反应的平衡常数表达式为:K=______________________。
②下列叙述不能说明乙苯与CO2反应已达到平衡状态的是_____________________。
a.v正(CO)=v逆(CO) b.c(CO2)=c(CO)
c.消耗1mol CO2同时生成1molH2O d.CO2的体积分数保持不变
(3)在3L密闭容器内,乙苯与CO2的反应在三种不同的条件下进行实验,乙苯、CO2的起始浓度分别为1.0mol/L和3.0mol/L,其中实验I在T1℃、0.3MPa,而实验II、III分别改变了实验其他条件;乙苯的浓度随时间的变化如图I所示。
①实验I乙苯在0~50min时的反应速率为_______________。
②实验II可能改变条件的是__________________________。
③图II是实验I中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线,请在图II中补画实验Ⅲ中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线。
(4)若实验I中将乙苯的起始浓度改为1.2mol/L,其他条件不变,乙苯的转化率将(填“增大”、“减小”或“不变”),计算此时平衡常数为_____________________。
正确答案
(16分)(1)-166kJ/mol(2分)
(2) bc(每空2分 共4分)
(3)①0.012mol/(L•min) ②加入催化剂
③(每空2分共6分)
(4)减小(2分) 0.225 (2分)
试题分析:(1)观察三个热化学方程式,发现已知焓变的A+B可以得到乙苯与二氧化碳的反应,根据盖斯定律,则乙苯与二氧化碳反应的焓变=△H1+△H2=[(—125)+(—41)]kJ/mol=—166kJ/mol;(2)①观察乙苯与二氧化碳反应的化学方程式,发现各组分都是气体,系数都是1,则该反应的平衡常数K=[c(C6H5CH=CH2)•c(CO) •c(H2O)]/[c(C6H5CH2CH3) •c(CO2)];②同一种物质表示的正反应速率等于逆反应速率,说明已达平衡,故a错误;虽然各组分的变化浓度之比等于化学方程式中系数之比,但是各组分的平衡浓度之比不一定等于化学方程式中系数之比,因此二氧化碳和一氧化碳浓度相等时反应不一定达到平衡,故b正确;二氧化碳和水的系数之比等于1∶1,消耗1molCO2同时生成1molH2O,说明不同物质的正反应速率等于化学方程式中系数之比,缺少逆反应速率,因此不能说明达到平衡,故c正确;二氧化碳是反应物,其体积分数逐渐减小,若保持不变,说明反应已达平衡,故d错误;(3)①观察图I,0~50min内△c(乙苯)=(1.0—0.4)mol/L=0.6mol/L,由于v=△c/△t,则v(乙苯)= 0.6mol/L÷50min=0.012mol/(L•min);②对比图I、图II,发现I→II时,单位时间内乙苯的变化浓度增大,说明反应速率加快,但是平衡时乙苯的浓度相等,说明平衡没有移动;由于乙苯与二氧化碳的反应是气体体积增大的放热反应,根据浓度、压强、温度和催化剂对化学平衡的影响规律推断,实验II可能改变的条件是加入催化剂;③同理,推断实验I→III时,反应速率增大,平衡向逆反应方向移动,说明改变的条件是升高温度,因此画出的曲线满足以下几个要点:起点与实验I相同,未达平衡前,实验III的反应速率比I大,平衡后苯乙烯的体积分数比实验I的小;(4)增大乙苯的浓度,虽然平衡右移,乙苯的变化浓度增大,但是乙苯的起始浓度也增大,且变化浓度增大的程度小于起始浓度增大的程度,因此乙苯的转化率减小;平衡常数只与温度有关,与浓度改变无关,因此实验I中各组分的平衡浓度计算出的平衡常数就是此时的平衡常数,依题意可知实验I反应中各组分的起始、变化、平衡浓度,则:
C6H5CH2CH3(g)+CO2(g) C6H5CH=CH2(g)+CO(g)+H2O(g)
起始浓度/ mol•Lˉ1 1.0 3.0 0 0 0
变化浓度/ mol•Lˉ1 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
平衡浓度/ mol•Lˉ1 0.4 2.4 0.6 0.6 0.6
K=[c(C6H5CH=CH2)•c(CO) •c(H2O)]/[c(C6H5CH2CH3) •c(CO2)]="(" 0.6×0.6×0.6)/( 0.4×2.4)=0.225。
制备锌印刷电路板是用稀硝酸腐蚀锌板,产生的废液称“烂板液”。“烂板液”中含硝酸锌外,还含有自来水带入的Cl—和Fe3+。在实验室里,用“烂板液”制取ZnSO4·7H2O的过程如下:
(1)若稀硝酸腐蚀锌板时还原产物为N2O,氧化剂与还原剂的物质的量之比是 。
(2)若步骤①的pH>12,则Zn(OH)2溶解生成四羟基合锌酸钠。写出Zn(OH)2被溶解的离子方程式 。
(3)滤液D中除了含有OH—离子外,还含有的阴离子有 (填离子符号)。
(4)若滤液E的pH=4,c(Zn2+)=2mol·L-1,c(Fe3+)=2.6×l0-9mol·L-1,能求得的溶度积是 (填选项)。
A.Ksp[Zn(OH)2] B.Ksp[Zn(OH)2]和Ksp[Fe(OH)3] C.Ksp[Fe(OH)3]
(5)步骤③要控制pH在一定范围。实验室用pH试纸测定溶液pH的方法是: 。
(6)已知:①Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq) ; ΔH=" a" kJ•mol-1
②H2O(l) H+(aq)+OH-(aq) ;ΔH=" b" kJ•mol-1
请写出Fe3+发生水解反应的热化学方程式: 。
若①的溶度积常数为KSP,②的离子积常数为KW,Fe3+发生水解反应的平衡常数:
K= 。(用含KSP、KW的代数式表示)
正确答案
(1)1:2
(2)Zn(OH)2+2OH-=ZnO22-+2H2O
(3)Cl-、NO3-
(4)C
(5)将pH试纸放在玻璃片上,用玻璃棒醮取待测点在试纸中间,待颜色变化稳定后与比色卡对比,读出读数
(6)Fe3+(aq) +3H2O(l) Fe(OH)3(s) +3H+(aq) △H=(3b-a)kJ·mol-1
试题分析:(1)4Zn+10HNO34Zn(NO3)2+N2O+5H2O,HNO3做氧化剂,但是10molHNO3里面发生化合价改变只有2mol,Zn做还原剂,所以氧化剂与还原剂的物质的量之比是1 :2。
(2)偏铝酸钠在水溶液中都是以Na[Al(OH)4]的形式存在,以前只不过是为了方便,把它简写成NaAlO2。但它的实际组成还是Na[Al(OH)4]。 NaAlO2偏铝酸钠是简写,就像氢离子(H+)实际上是水合氢离子一样。[Zn(OH)4]-与此相类似。
(4)在一定条件下,难溶强电解质AmBn溶于水形成饱和溶液时,溶质的离子与该固态物质之间建立动态平衡,叫作沉淀溶解平衡。这时,离子浓度的乘积为一常数,叫作溶度积,用Ksp表示。很明显,滤液E的pH=4时,Zn(OH)2已经溶解,所以无法求得溶度积,而Fe(OH)3是已沉淀形式存在,所以可以求得。
(6)由②×3-①即可得到Fe3+(aq) +3H2O(l) Fe(OH)3(s) +3H+(aq) △H=(3b-a)kJ·mol-1 。
Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-) KW=c(OH-)·c(H+)
Fe3+发生水解反应的平衡常数:K==
=
工业合成氨的反应为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H<0。某实验将3.0 mol N2(g)和4. 0 mol H2(g)充入容积为10L的密闭容器中,在温度T1下反应。测得H2的物质的量随反应时间的变化如下图所示。
(1)反应开始3min内,H2的平均反应速率为 。
(2)计算该条件下合成氨反应的化学平衡常数(写出计算过程,结果保留2位有效数字)。
(3)仅改变温度为T2 ( T2小于TI)再进行实验,请在答题卡框图中画出H2的物质的量随
反应时间变化的预期结果示意图。
(4)在以煤为主要原料的合成氨工业中,原料气氢气常用下述方法获得:
写出上述CO与H2O(g)反应的热化学方程式: 。
(5)合成氨工业中,原料气(N2、H2混有少量CO、NH3)在进入合成塔之前,用醋酸二氨合铜(I)溶液来吸收CO其反应为:CH3COO[Cu(NH3)2]+CO+NH3CH3COO[Cu(NH3)3]•CO △H<0。写出提高CO吸收率的其中一项措施: 。
正确答案
(16分)(1)0.080mol/(L·min) (3分,单位漏扣1分)
(2)(共5分)解:依题意,平衡时H2的浓度为0.10 mol/L,则
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
起始浓度(mol/L) 0.30 0.40 0
转化浓度(mol/L) 0.10 0.30 0.20
平衡浓度(mol/L) 0.20 0.10 0.20 (1分)
K==
=2.0×102 (L/mol)2
(4分,其中代入公式、代入数值各1分;结果2分,代入数值不带单位不扣分,有效数字错误扣1分。)
(3)(2分,注意曲线起点、斜率、平衡点(t>8min,n(H2)<1.0mol)要素有错,每个要素扣1分,不标注温度扣1分直至0分,)
(4)CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g) ΔH="+2.8" kJ/mol
(4分,状态错漏该小题0分,其中:方程式2分,ΔH 2分,错漏单位扣1分。其他计量数,合理即给分)
(5)高压,低温,加入浓氨水 ,增大醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液浓度,及时分离CH3COO[Cu(NH3)3]·CO等任写一点,用催化剂不给分(2分,合理即给分)
试题分析:(1)读图可知,氢气的物质的量从4.0mol减小到1.6mol,则v(H2)==
=
=0.080mol/(L•min),注意要保留两位有效数字;(2)图中氢气平衡时的物质的量为1.0mol,由于c=n/V,则氢气的平衡浓度为0.10mol/L,则
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
起始浓度(mol/L) 0.30 0.40 0
转化浓度(mol/L) 0.10 0.30 0.20
平衡浓度(mol/L) 0.20 0.10 0.20 (1分)
K==
=2.0×102 (L/mol)2
(3)焓变小于0,说明合成氨是放热反应,其它条件相同时,降低温度,反应速率减小,平衡向正反应方向移动,则达到平衡的时间比原平衡时增大,平衡时氢气的物质的量比原平衡时减小,由此可以画出T2时氢气的物质的量随反应时间变化的曲线;(4)先给已知反应编号为①②,观察可知,反应①—②可以约去1/2O2(g),根据盖斯定律可得:CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g) ΔH="+2.8" kJ/mol;(5)由于正反应是气体体积减小的放热反应,根据外界条件对平衡移动的影响规律,降低温度、增大醋酸二氨合铜(I)或氨气的浓度、减小CH3COO[Cu(NH3)3]•CO的浓度或及时移走CH3COO[Cu(NH3)3]•CO,都能使平衡右移,上述措施可以提高CO吸收率。
碳及其化合物有广泛的用途。
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气反应为
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1,
以上反应达到平衡后,在体积不变的条件下,以下措施有利于提高H2O的平衡转化率的是________。(填序号)
(2)已知:C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH=+172.5 kJ·mol-1,则CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)的焓变ΔH=________。
(3)CO与H2在一定条件下可反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。甲醇是一种燃料,可利用甲醇设计一个燃料电池,用稀硫酸作电解质溶液,多孔石墨作电极,该电池负极反应式为______________________________________。
若用该电池提供的电能电解60 mL NaCl溶液,设有0.01 mol CH3OH完全放电,NaCl足量,且电解产生的Cl2全部逸出,电解前后忽略溶液体积的变化,则电解结束后所得溶液的pH=________。
(4)将一定量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2.0 L的恒容密闭容器中,发生以下反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。得到如下数据:
通过计算求出该反应的平衡常数(结果保留两位有效数字)________。改变反应的某一条件,反应进行到t min时,测得混合气体中CO2的物质的量为0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液将其完全吸收,反应的离子方程式为(用一个离子方程式表示)_________________________
(5)工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H2用于合成氨。合成氨反应原理为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。实验室模拟化工生产,分别在不同实验条件下反应,N2浓度随时间变化如图甲所示。
请回答下列问题:
①与实验Ⅰ比较,实验Ⅱ改变的条件为________________________________。
②实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高,其他条件相同,请在图乙中画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中NH3浓度随时间变化的示意图。
正确答案
(1)AD
(2)-41.2 kJ·mol-1
(3)CH3OH(g)+H2O-6e-=CO2+6H+ 14
(4)
3CO2+5OH-=2CO+HCO+2H2O
(5)①使用催化剂
②
(1)该反应为吸热反应,升高温度,平衡向右移动,反应物平衡转化率升高,A项正确;增加固体反应物的量不会引起平衡的移动,B项错误;催化剂不能使平衡移动,C项错误;生成物浓度降低,平衡向正反应方向移动,反应物平衡转化率升高,D项正确。(2)根据盖斯定律,方程式C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)与C(s)+CO2(g)
2CO(g)相减可得CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),则ΔH=+131.3 kJ·mol-1-172.5 kJ·mol-1=-41.2 kJ·mol-1。(3)电池总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,酸性条件下,正极反应为O2+4H++4e-=2H2O,总反应减去正极反应可得负极反应为CH3OH(g) +H2O-6e-=CO2+6H+;0.01 mol CH3OH完全放电可提供0.06 mol电子,则电解NaCl溶液时电路中流过的电子为0.06 mol,生成OH-的物质的量为0.06 mol,溶液中c(OH-)=1 mol/L,pH=14。
(4)由题目所给数据可知:
CO(g) + H2O(l)CO2(g) + H2(g)
起始量 2.0 mol 1.0 mol 0 0
转化的量 0.4 mol 0.4 mol 0.4 mol 0.4 mol
平衡量 1.6 mol 0.6 mol 0.4 mol 0.4 mol
平衡浓度 0.8 mol/L 0.3 mol/L 0.2 mol/L 0.2 mol/L
则;
由题意可知,CO2和NaOH的物质的量之比为3∶5,可知产物中和
共存。(5)①与实验Ⅰ比较,实验Ⅱ中反应速率加快且反应物平衡转化率没有改变,故改变的条件为使用了催化剂;②温度升高,达到平衡的时间缩短,则在曲线中早到达拐点;该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,故生成物浓度降低。
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