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填空题

新的《环境空气质量标准》将于2016年1月1日在我国全面实施。据此,环境空气质量指数(AQI)日报和实时报告包括了SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5等指标,为公众提供健康指引,引导当地居民合理安排出行和生活。

(1)汽车排出的尾气中含有CO和NO等气体,用化学方程式解释产生NO的原因________________________________________

(2)汽车排气管内安装的催化转化器,可使汽车尾气中的主要污染物转化为无毒的大气循环物质。已知:

N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180.5 kJ·mol-1

2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-221.0 kJ·mol-1

C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1

则反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的ΔH=________kJ·mol-1;该反应的ΔS________0(填“>”“<”或“=”)。

(3)将0.20 mol NO和0.10 mol CO充入一个容积恒定为1 L的密闭容器中,在不同条件下反应过程中部分物质的浓度变化状况如图所示。

①计算产物N2在6~9 min时的平均反应速率v(N2)=________mol·L-1·min-1

②第12 min时改变的反应条件为________(填“升温”或“降温”);

③计算反应在第24 min时的平衡常数K=________。若保持温度不变,再向容器中充入CO、N2各0.060 mol,平衡将________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。

(4)环境监测中还可用沉淀法测定空气中含有较高浓度SO2的含量,经查得一些物质在20 ℃的数据如下表:

 

①吸收SO2最合适的试剂是________[填“Ca(OH)2”或“Ba(OH)2”]溶液;

②在20 ℃时,向CaSO3悬浊液中滴加适量的BaCl2溶液,当CaSO3向BaSO3的转化达到平衡时,溶液中的=____________(写出表达式即可)。

正确答案

(1)N2+O22NO(2)-746.5 <(3)①3.3×10-3②升温③0.019 逆向(4)①Ba(OH)2

(1)空气中的氮气和氧气在汽车发动机内电火花引燃下,发生反应生成NO。(2)将已知的三个热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律③×2-②-①,即可求出目标热化学方程式的ΔH。该热化学方程式表示的反应是气体体积减小的反应,熵变小于0。(3)①v(N2)=0.01/3 =3.3×10-3 mol·L-1·min-1。②由图中看出第12 min反应向逆反应方向移动,为升高温度所致。③第24 min时CO2的浓度为0.02 mol·L-1,故平衡常数K=0.019。由平衡常数的表达式看出,若CO、N2同时增加0.06 mol,浓度商会大于平衡常数,平衡逆向移动。(4)①由表中数据看出Ba(OH)2溶解度大,相同体积的吸收液,其吸收SO2的量多,且BaSO3溶解度更小,便于SO32—较完全沉淀析出,减小实验误差。②溶液中存在平衡CaSO3+Ba2BaSO3+Ca2,溶液中的阴离子为SO32—,故

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下图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

Ⅰ.已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为:K=,写出它所对应反应的化学方程式:                                  

                                                      。 

Ⅱ.二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用。工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3。工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0~10.0 MPa,温度230~280 ℃)进行下列反应:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH1="-90.7" kJ·mol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

ΔH2="-23.5" kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

ΔH3="-41.2" kJ·mol-1

(1)写出催化反应室中三个反应的总反应的热化学方程式:                          

(2)在某温度下,2 L密闭容器中发生反应①,起始时CO、H2的物质的量分别为2 mol和6 mol,3 min后达到平衡,测得CO的转化率为60%,则3 min内CO的平均反应速率为        。若同样条件下起始时CO物质的量为4 mol,达到平衡后CH3OH为2.4 mol,则起始时H2    mol。

(3)下列有关反应③的说法正确的是    

A.在体积可变的密闭容器中,在反应③达到平衡后,若加压,则平衡不移动、混合气体平均相对分子质量不变、混合气体密度不变

B.若830 ℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K>1.0

C.某温度下,若向已达平衡的反应③中加入等物质的量的CO和H2O(g),则平衡右移、平衡常数变大

(4)为了寻找合适的反应温度,研究者进行了一系列实验,每次实验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变,实验结果如图,

则CO转化率随温度变化的规律是                                         

其原因是                                                    

正确答案

Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)

Ⅱ.(1)3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)

ΔH="-246.1" kJ·mol-1

(2)0.2 mol·L-1·min-1 8.4 (3)B

(4)温度低于240 ℃时,CO的转化率随着温度的升高而增大;温度高于240 ℃时,CO的转化率随着温度的升高而减小

在相等的时间里,在较低温时,各反应体系均未达到平衡,CO的转化率主要受反应速率影响,随着温度的升高反应速率增大,CO的转化率也增大;在较高温时,各反应体系均已达到平衡,CO的转化率主要受反应限度影响,随着温度的升高平衡向逆反应方向移动,CO的转化率减小

Ⅰ.生成物中有CO,根据原子守恒,反应物中有固体C,

C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)。

Ⅱ.(1)①×2+②+③得到

3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) 

ΔH="-246.1" kJ·mol-1

(2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始浓度(mol·L-1)   1   3   0

转化浓度(mol·L-1)   0.6 1.2 0.6

平衡浓度(mol·L-1)   0.4 1.8 0.6

v(CO)==="0.2" mol·L-1·min-1

设起始时H2浓度为x mol·L-1,

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始浓度(mol·L-1)   2   x   0

转化浓度(mol·L-1)   1.2 2.4 1.2

平衡浓度(mol·L-1)   0.8 x-2.4   1.2

条件不变,平衡常数不变:

=,

x=4.2,

则起始时加入的H2的物质的量为:

4.2 mol·L-1×2 L="8.4" mol。

(3)反应③是一个反应前后气体体积不变的反应,加压、容器体积减小,平衡不移动,混合气体平均相对分子质量不变,混合气体密度增大,A错;催化反应室中温度230~280 ℃,低于830 ℃,利于反应正向进行,K增大,K>1.0,B正确;温度不变,平衡常数不变,C错。

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为减小CO2对环境的影响,在限制其排放量的同时,应加强对CO2创新利用的研究。

(1)① 把含有较高浓度CO2的空气通入饱和K2CO3溶液。

② 在①的吸收液中通高温水蒸气得到高浓度的CO2气体。

写出②中反应的化学方程式________。

(2)如将CO2与H2以1:3的体积比混合。

①适当条件下合成某烃和水,该烃是_______(填序号)。

② 适当条件下合成燃料甲醇和水。在体积为2L的密闭容器中,充入2 mol CO2和6 mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.0 kJ/mol。

测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

从反应开始到平衡,v(H2)=______;氢气的转化率=_______;能使平衡体系中n(CH3OH)增大的措施有______。

(3)如将CO2与H2以1:4的体积比混合,在适当的条件下可制得CH4

已知:

CH4 (g) + 2O2(g)  CO2(g)+ 2H2O(l)   ΔH1=― 890.3 kJ/mol

H2(g) + 1/2O2(g)  H2O(l)           ΔH2=-285.8 kJ/mol

则CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式是________。

(4)某同学用沉淀法测定含有较高浓度CO2的空气中CO2的含量,经查得一些物质在20℃的数据如下表。

 (说明:Ksp越小,表示该物质在水溶液中越易沉淀)

吸收CO2最合适的试剂是_________[填“Ca(OH)2”或“Ba(OH)2”]溶液,实验时除需要测定工业废气的体积(折算成标准状况)外,还需要测定__________。

正确答案

(1)② 2KHCO3K2CO3+H2O+CO2

(2)① B

② v(H2)=0.24 mol/(L·min)           80%

降低温度(或加压或增大H2的量等)

(3)CO2(g) + 4H2(g)  CH4 (g)+ 2H2O(l) ΔH1= --252.9 kJ/mol

(4)Ba(OH)2        BaCO3的质量

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CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867 kJ·mol1。该反应可用于消除氮氧化物的污染。在130 ℃和180 ℃时,分别将0.50 mol CH4和a mol NO2充入1 L的密闭容器中发生反应,测得有关数据如下表:

 

(1)开展实验1和实验2的目的是______________________________。

(2)180 ℃时,反应到40 min,体系________(填“是”或“否”)达到平衡状态,理由是__________________________;

CH4的平衡转化率为________。

(3)已知130 ℃时该反应的化学平衡常数为6.4,试计算a的值。(写出计算过程)

(4)一定条件下,反应时间t与转化率α(NO2)的关系如图所示,请在图像中画出180 ℃时,压强为p2(设压强p2>p1)的变化曲线,并做必要的标注。

(5)根据已知求算:ΔH2=________。

CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574 kJ·mol1

CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2

正确答案

 (1)探究温度对反应速率和化学平衡的影响

(2)是 温度升高,反应速率加快,高温下比低温下更快达到平衡状态,对比实验1可确定40 min时反应已经达到平衡状态 70%

(3)       CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

c0/mol·L1:  0.50    a          0     0      0

Δc/mol·L1:  0.40   0.80       0.40   0.40    0.80

c/mol·L1:  0.10  a-0.80     0.40    0.40    0.80

则:=6.4,解得a=1.2

答:a的值为1.2

(4)

(5)-1 160 kJ·mol1

 (1)实验1和实验2相比只是改变了温度,因此实验目的是探究温度对反应速率和化学平衡的影响。(2)温度升高,该反应的反应速率加快,且平衡向逆反应方向移动,对比实验1可知40 min时,实验2中已经达到平衡状态。(4)正反应是气体体积增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,NO2的转化率降低,而反应速率更快,图像如答案

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二甲醚是一种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚( CH3OCH3)。请回答下列问题:

(1)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:

①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)    △H= -90.8kJ/mol

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-23.5kJ/mol

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)  △H=-41.3kJ/mol

总反应:3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g) 的△H=           

一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是:

________(填字母代号)。

a.压缩体积     b.加入催化剂  c.减少CO2的浓度  d.增加CO的浓度

e.分离出二甲醚(CH3OCH3

(2)已知反应②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-23.5kJ/mol

某温度下的平衡常数为400。此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:

①比较此时正、逆反应速率的大小比较:_________(填“>”、“<”或“=”)。

②该反应的平衡常数的表达式为K=_____,温度升高,该反应的平衡常数K____(填“增大”、“减小”或“不变”)

正确答案

(1)-246.4 kJ/mol  a c e(2) ①> ②{C(CH3OCH3)×C(H2O)} /C2(CH3OH)   减小

试题分析:(1)①×2+②+③可得总反应:3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g) △H=2×(-90.8kJ/mol)+(-23.5kJ/mol)+(-41.3kJ/mol)=-246.4 kJ/mol。(2)若a压缩体积,体系的压强增大,化学平衡向正反应方向移动,反应物的转化率提高;b加入催化剂能同等倍数改变正、逆反应的化学反应速率,缩短达到平衡所需时间,平衡不移动;c减少CO2的浓度,平衡向正反应方向移动,反应物的转化率提高;d.增加CO的浓度,平衡向正反应方向移动,但增加量远远大于平衡移动消耗量,所以CO的转化率反而降低。e.分离出二甲醚(CH3OCH3)即减小生成物的浓度,化学平衡向正反应方向移动,反应物的转化率提高。故在该总反应中,要提高CO的转化率的途径是ace.(2)①比较常数各生成物浓度幂指数乘积与反应物浓度幂指数乘积的比与K 大小。如果比K大,平衡向逆反应方向移动,V>V;如果比K小,平衡向正反应方向移动, V>V;如果等于K,平衡不会发生移动, V=V;由于(0.6×0.6)/(0.4)2==9/4<400,所以平衡向正反应方向移动,V>V逆。②化学平衡常数是可能反应达到化学平衡时隔生成物浓度幂指数的乘积与各反应物浓度幂指数的乘积的比即K={C(CH3OCH3)×C(H2O)} /C2(CH3OH).该反应的正反应是放热反应,升高温度,根据勒夏特列原理,化学平衡向逆反应方向移动,生成物的浓度减小,反应物的浓度增大,对化学平衡常数来说,分子减小,分母扩大,所以K减小。

下一知识点 : 热化学方程式的书写及正误判断
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