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填空题

2013年雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。

(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO2CO2(g)+N2(g)

①对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(CB)也可以表示平衡常数(记作KP),则该反应的KP=-                

②该反应在低温下能自发进行,该反应的ΔH            0。(选填“>”、“<”)

③在某一绝热、恒容的密闭容器中充入一定量的NO、CO发生上述反应,测得正反应的速率随时间变化的曲线如图所示(已知:t2 --tl=t3-t2)。

则下列说法不正确的是         。(填编号)

A.反应在c点未达到平衡状态

B.反应速率a点小于b点

C.反应物浓度a点大于b点

D.NO的转化率:tl~t2>t2~t3

(2)煤的综合利用、使用清洁能源等有利于减少环境污染。合成氨工业原料气的来源之一水煤气法,在催化剂存在条件下有下列反应:

①△H3和△H1、△H2的关系为△H3=            

②在恒温条件下,将l mol CO和1 mol H2O(g)充入某固定容积的反应容器,达到平衡时有50%的CO转化为CO2。在tl时保持温度不变,再充入1 mol H2O(g),请在图中画出tl时刻后H2的体积分数变化趋势曲线。

③甲醇汽油可’以减少汽车尾气对环境的污染。

某化工厂用水煤气为原料合成甲醇,恒温条件下,在体积可变的密闭容器中发生反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)到达平衡时,测得CO、H2、CH3OH分别为1 mol、1 mol、1 mol,容器的体积为3L,现往容器中继续通人3 mol CO,此时v(正)         v(逆)(选填‘‘>”、“<’’或“=”),判断的理由        。

正确答案

(1)①   ②<  ③D

(2) ①ΔH3=ΔH1+ΔH2

②如图

(起点,画在0.15到0.2之间,终点,不高于原平衡线都正确)

③=。温度不变K不变,加入3molCO后容器体积变为6L,经计算Qc=K=9,所以平衡不移动。

试题分析:(1) ①对于在一定体积的密闭容器内发生的有气体参加的反应来说,气体的物质的量的比等于压强之比。所以当反应达到平衡后,平衡时生成物各组分的压强幂指数的乘积与反应物各组分的压强幂指数的乘积的比。。②放热反应和体系混乱程度增大的反应是自发进行的反应。对于反应2NO(g)+2CO2CO2(g)+N2(g)是混乱程度减小的反应,要使反应在低温下能自发进行,则该反应的ΔH<0. ③A.由于该反应的正反应为放热反应。所以随着反应的进行,体系的温度不断升高,正反应速率不断加快。有更多的反应物变为生成物,所以逆反应速率也不断加快。若反应达到平衡。由于该反应的正反应为放热反应,所以升高温度,平衡向逆反应方向移动。V正应该减小。但在c点未看到速率减小的趋势,所以未达到平衡状态。正确。B.由速率图像可以看出:反应速率a点小于b点。正确。C.由图像可以看出:在从开始到t3以前,V正在不断的增大,反应正向进行。反应未达到平衡状态。因为反应是从正反应方向开始的,所以反应物浓度a点大于b点。正确。:D. 因为t2 --tl=t3-t2,速率不断加快,单位时间内物质改变的浓度大,所以反应物的转化率NO的转化率:t2~t3 > tl~t2。错误。(2)① ①+②整理可得ΔH3=ΔH1+ΔH2。②由于温度不变,所以化学平衡常数就不会变化。在加入1 mol H2O(g)的一瞬间,H2的物质的量没变,所以H2的体积分数为0.5÷3=.由于增大反应物的浓度,化学平衡正向移动,会产生更多的H2,因此H2的体积分数不断增大。假如c(CO)改变浓度为x,则再次达到平衡时c(CO)=0.5-x;c(H2O)=1.5-x;c(CO2)=" 0.5+x" ; c(H2)=" 0.5+x." (0.5-x )×(1.5-x)=" (0.5+x" )×(0.5+x).解得此时H2的体积分数为(1/6+0.5)÷3=2/9.图像见答案。③恒温条件下,在体积可变的密闭容器中发生反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)到达平衡时,测得CO、H2、CH3OH分别为1 mol、1 mol、1 mol,容器的体积为3L,现往容器中继续通人3 mol CO,温度不变K不变,加入3molCO后容器体积变为6L =K。所以所以平衡不移动。v(正)= v(逆)。

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2013年12月2日,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭将“嫦娥三号”探月卫星成功送入太空,进一步向广寒宫探索。“长征三号甲”是三级液体助推火箭,一、二级为常规燃料,常规燃料通常指以肼(N2H4)为燃料,以二氧化氮做氧化剂。

Ⅰ.常规燃料通常指以肼(N2H4)为燃料,以二氧化氮做氧化剂。但有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂,反应释放的能量更大(两者反应生成氮气和氟化氢气体)。

已知:N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)  △H = -543kJ·mol-1

H2(g)+  F2(g)  =  HF(g)     △H = -269kJ·mol-1

H2(g)+  O2(g)  =  H2O(g)     △H = -242kJ·mol-1

请写出肼和氟气反应的热化学方程式:_____________________________。

Ⅱ.氧化剂二氧化氮可由NO和 O2生成,已知在2 L密闭容器内,800 ℃时反应:

2NO(g)+O2(g)2NO2(g)  ΔH 的体系中,n(NO)随时间的变化如表:

 

(1) 已知:K800>K1000,则该反应的ΔH ______0(填“大于”或“小于”),用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率为__________。

(2)能说明该反应已达到平衡状态的是________

a.容器内颜色保持不变                  b. 2v(NO)=v(O2)

c.容器内压强保持不变                  d.容器内密度保持不变

(3)为使该反应的速率增大,提高NO的转化率,且平衡向正反应方向移动应采取的措施有          

(4)在上述条件下,计算通入2 mol  NO和1 mol O2的平衡常数K=______________

(5)在上述条件下,若开始通入的是0.2 mol  NO2气体,达到化学平衡时,则NO2的转化率为       

正确答案

Ⅰ.N2H4(g)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g) △H=-1135kJ·mol-1   (2分)

Ⅱ.(1) 小于(2分)   0.015 mol·L-1·s-1     (2分)

(2)   a 、c (2分)  (3)通入氧气、增大压强(2分) 

(4)720  (2分)  (5)25%(2分)

试题分析:Ⅰ.由N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g);△H=-543kJ•mol-1

H2(g)+  F2(g)  =  HF(g)     △H = -269kJ·mol-1

H2(g)+  O2(g)  =  H2O(g)     △H = -242kJ·mol-1

利用盖斯定律可知①+②×4-③×2可得反应N2H4(g)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g),

该反应的△H=(-543kJ•mol-1+4×(-269kJ•mol-1)-2×(-242kJ•mol-1)=-1135kJ•mol-1

故答案为:N2H4(g)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g)△H=-1135kJ•mol-1

Ⅱ.(1) 化学平衡常数,是指在一定温度下,可逆反应都达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值,据此书写;K800>K1000,说明升高温度平衡向逆反应移动,故正反应是放热反应;v(O2)=(0.100-0.040)mol/2L×2 s=0.015 mol·L-1·s-1

(2)a.容器内颜色保持不变 ,说明二氧化氮的浓度保持一个定值,反应达到平衡状态,正确;

B.2v(NO)=v(O2),v(NO)与v(O2)的速率比不等于方程式前面的系数,不能判断是否达到平衡,错误.

c.反应是气体压强减小的反应,平衡状态容器内压强保持不变,说明反应达到平衡,正确;

d.由于气体的质量不变,气体的体积不变,则无论是否达到平衡状态,都存在气体的密度保持不变的特征,不能判断是否达到平衡,错误。

(3)根据外界条件对反应速率与平衡的移动分析解答。

(4)平衡常数K,只和温度有关,所以通入2 mol  NO和1 mol O2的平衡常数K和表格中的平衡常数相同。

2NO(g) +   O2(g)      2NO2(g)

初始(mol)  0.200       0.100            0

变化(mol)   0.150       0.075           0.150

平衡(mol)   0.050       0.025           0.150

浓度(mol/L) 0.025       0.0125          0.0750 

K==720

(5)在上述条件下,若开始通入的是0.2molNO2气体,和开始通入0.200molNO和0.100molO2等效,所以达到平衡状态时NO2浓度是0.0750mol/L,初始浓度是0.100mol/L,所以反应了0.0250mol/L,即NO2转化率是25%。

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甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景.

(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:

反应I:  CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)       ΔH1

反应II: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)   ΔH2

①上述反应符合“原子经济”原则的是         (填“I”或“Ⅱ”).

②在其他条件不变得情况下,考察温度对反应II的影响,实验结果如图所示

由图中数据判断  ΔH2        0 (填“>”,“=”或“<”).

③某温度下,将2 mol CO2和6 mol H2充入2L的密闭容器中,发生反应II,达到平衡后,测得c(CO2)= 0.2 mol/L, 则此时容器中的压强为原来的         

(2)已知在常温常压下:

① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(g)  ΔH =-1275.6 kJ/mol

② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g)            ΔH =-566.0 kJ/mol

③ H2O(g) = H2O(l)                  ΔH =-44.0 kJ/mol

请计算1 mol甲醇不完全燃烧生成1 mol一氧化碳和液态水放出的热量为               

(3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图所示的电池装置.

①该电池负极的电极反应为                        

②此电池消耗甲醇1.6克时,反应中电子转移数目为                

③若以此燃料电池为铅蓄电池充电,则应将图中右侧电极连接蓄电池的       (填正极或负极)

正确答案

(1) ①  I ②  <  ③ 0.6 (2)442.8 KJ  (3)CH3OH+8OH- -6e= CO32- +6H2O0.3NA   负极

试题分析:(1)原子经济就是反应物的原子全部转化为生成物。选择反应I的化合反应。由图可知:T2>T1。升高温度甲醇的物质的量减少,说明升高温度化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理:升高温度化学平衡向吸热反应方向移动。即逆反应方向是吸热反应,所以正反应是放热反应。故△H2<0.③反应开始时C(CO2)="1mol/L," C(H2)=3mol/L由于达到平衡后,测得c(CO2)= 0.2 mol/L,CO2改变浓度是0.8mol/L,所以H2改变浓度为2.4mol/L. H2平衡浓度为0.6mol/L.产生的甲醇、水蒸汽的浓度都是0.8mol/L.平衡时总浓度是2.4mol/L,而开始时总浓度是4mol/L。所以这时的压强是开始的2.4mol/L÷4mol/L=0.6倍。(2)①-②+③×4得:2CH3OH(l) + 2O2(g) =" 2CO" (g) + 4H2O(l) ΔH =-1275.6 kJ/molΔH =-885.6 kJ/mol。所以产生1mol一氧化碳和液态水放出的热量为442.8 KJ.(3)甲醇燃料电池的负极是通入甲醇的电极,电极反应为CH3OH+8OH- -6e= CO32- +6H2O。每摩尔的甲醇反应转移电子9摩尔。消耗甲醇1.6克时,n(CH3OH)=1.6g÷32g/mol=0.05mol,所以转移电子0.3 NA③若以此燃料电池为铅蓄电池充电,则应将图中右侧电极连接蓄电池的负极。

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甲醇是一种优质燃料,可制作燃料电池。

(1)为探究用CO2生产燃料甲醇的反应原理,现进行如下实验:在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)    △H=-49.0kJ/mol

测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如右图。请回答:

①从反应开始到平衡,氢气的反应速率:v(H2)=                        

②能够说明该反应已达到平衡的是_________。

A.恒温、恒容时,容器内的压强不再变化

B.恒温、恒容时,容器内混合气体的密度不再变化

C.一定条件下,CO、H2和CH3OH的浓度保持不变

D.一定条件下,单位时间内消耗3molH2的同时生成1molCH3OH

③下列措施中能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是           

A.加入催化剂                B.充入He(g),使体系压强增大

C.将H2O(g)从体系中分离      D.降低温度

④求此温度(T1)下该反应的平衡常数K1                (计算结果保留三位有效数字)。

⑤另在温度(T2)条件下测得平衡常数K2,已知T2>T1,则K2     (填“>”、“=”或“<”)K1

(2)以CH3OH为燃料(以KOH溶液作电解质溶液)可制成CH3OH燃料电池(电池总反应式:2CH3OH+3O2+4OH=2CO32+6H2O),则充入CH3OH的电极为  极,充入O2的电极反应式              

(3)已知在常温常压下:

①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)  △H1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2

则1mol甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的△H=                   。(用含△H1、△H2的式子表示)

正确答案

(1)①0.225mol/(L·min)   ② A C    ③C D    ④5.33    ⑤<

(2)①负; ②3O2+12e+6H2O=12OH(O2+4e+2H2O=4OH也算对) (3)

试题分析:(1)①根据图像可知,反应进行到10min是物质的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态,此时生成甲醇的物质的量浓度是0.75mol/L,则根据反应的方程式可知,消耗氢气的浓度是0.75mol/L×3=2.25mol/L,所以v(H2)=2.25mol/L÷10min=0.225mol/(L•min)。

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、根据方程式可知,反应两边气体的体积不相等,恒温、恒容时在反应过程中压强是变化的,当容器内的压强不再变化使,可以证明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故A正确;B、密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,即气体的密度始终不变,所以恒温、恒容时,容器内混合气体的密度不再变化不能说明反应是否达到平衡状态,B不正确;C、一定条件下,CO、H2和CH3OH的浓度保持不变,说明正逆反应速率,达到了平衡状态,故C正确;D、根据方程式可知,一定条件下,单位时间内消耗3molH2的同时,必然生成1molCH3OH,因此用H2、CH3OH的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为3:1的状态,不能判断正逆反应速率是否相等,故D错误,因此答案为A、C。

③A、催化剂不能改变平衡状态,所以加入催化剂不能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,A不正确;B、充入He气,参加反应的物质的浓度不变,平衡不移动,即平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)不变,故B错误;C、将H2O(g)从体系中分离,生成物浓度减小,平衡向正反应方向移动,则平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,故C正确;D、该反应正反应为放热反应,则降低温度平衡向正反应方向移动,能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大,故D正确,答案选C、D。

④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,即K=。达到平衡时,c(CO2)=0.25mol/L,c(CH3OH)=0.75mol/L,根据方程式可知c(H2O)=0.75mol/L。同样根据反应方程式,反应氢气的消耗浓度为生成的甲醇浓度的3倍,所以平衡状态时氢气的浓度为=3mol/L-3×0.75mol/L=0.75mol/L,因此K=≈5.33。

⑤该反应正方应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,所以K2<K1

(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,所以根据电池总反应式2CH3OH+3O2+4OH=2CO32+6H2O可知,甲醇是还原剂,氧气是氧化剂,因此充入CH3OH的电极为负极,氧气在正极通入。由于电解质是=碱性溶液,所以充入O2的电极反应式为3O2+12e+6H2O=12OH

(3)已知反应①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1、②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2,则根据盖斯定律可知,(①-②)÷2即得到反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g),所以该反应的反应热△H=

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北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷(C3H8),亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯(C3H6)。

(1)丙烷脱氢可得丙烯。

已知:C3H8(g) CH4(g)+HC≡CH(g)+H2(g)       △H1=+156.6kJ·mol-1

CH3CH=CH2(g) CH4(g)+HC≡CH(g)      △H2=+32.4kJ·mol-1 

则相同条件下,反应C3H8(g)CH3CH=CH2(g)+H2(g)的△H     kJ·mol-1

(2)碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。常温常压下,空气中的CO2溶于水,达到平衡时,溶液的pH=5.60,c(H2CO3)=1.5×10-5 mol·L-1。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离,则H2CO3HCO3-+H+的电离平衡常数Ka1=        。(已知:10-5.60=2.5×10-6

(3)在1 L浓度为c mol/LCH3COOH溶液中,CH3COOH分子、H和CH3COO离子物质的量之和为nc mol,则CH3COOH在该温度下的电离度为          ×100%

正确答案

(6分)(1) 124.2(2分) (2)4.2×10-7; (2分) (3) n-1 (2分)

试题分析:(1)根据盖斯定律可知,由①C3H8(g)CH4(g)+HC≡CH(g)+ H2(g) △H1=+156.6kJ/mol和②CH3CH=CH2(g)CH4(g)+ HC≡CH(g) △H2=+32.4kJ/mol,即①-②即得到C3H8(g)CH3CH=CH2(g)+ H2(g),所以反应的反应热所以△H=△H1-△H2=+156.6kJ/mol-(+32.4kJ/mol)=+124.2kJ/mol。

(2)忽略水的电离及H2CO3的第二级电离,pH=5.60,则c(H+)=10-5.60=2.5×10-6mol/L, 由H2CO3HCO3-+H+可知,平衡时c(H+)=c(HCO3-)=2.5×10-6mol/L,c(H2CO3)=(1.5×10-5-2.5×10-6)mol/L,则Ka=

(3)设H和CH3COO离子物质的量都是x,则醋酸分子的物质的量是nc-2x,所以根据原子守恒可知nc-2x+x-c,解得x=nc-c。因此CH3COOH在该温度下的电离度为

点评:该题是高考中的常见题型,属于中等难度的试题。试题综合性强,在注重对学生基础知识巩固和训练的同时,侧重对学生能力的培养和方法的指导,有利于培养学生的逻辑推理能力。该题的关键是明确明确盖斯定律、电离平衡常数和电离度的计算原理,然后灵活运用即可。

下一知识点 : 热化学方程式的书写及正误判断
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