- 焓变、反应热
- 共2059题
大气中的部分碘源于O3对海水中Iˉ的氧化。将O3持续通入NaI酸性溶液溶液中进行模拟研究。
(1)O3将Iˉ氧化成I2的过程可发生如下反应:
①Iˉ(aq)+ O3(g)= IOˉ(aq) +O2(g)△H1
②IOˉ(aq)+H+(aq) HOI(aq) △H2
③HOI(aq) + Iˉ(aq) + H+(aq) I2(aq) + H2O(l) △H3
④O3(g)+2Iˉ(aq)+2H+(aq)= I2(aq) + O2(g)+ H2O(l) △H4
则△H3与△H1、△H2、△H4之间的关系是:△H3 = 。
(2)在溶液中存在化学平衡: I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq)其平衡常数表达式为 。在反应的整个过程中I3ˉ物质的量浓度变化情况是 。
(3)为探究温度对I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq) △H5 反应的影响。在某温度T1下,将一定量的0.2 mol·L-1NaI酸性溶液置于密闭容器中,并充入一定量的O3(g)(O3气体不足,不考虑生成物O2与 Iˉ反应),在t时刻,测得容器中I2(g)的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下,保持其它初始实验条件不变,重复上述实验,经过相同时间测得I2(g)浓度,得到趋势图(见图一)。则:
①若在T3时,容器中无O3, T4~T5温度区间容器内I2(g)浓度呈现如图一所示的变化趋势,则△H5 0(填>、=或<);该条件下在温度为T4时,溶液中Iˉ浓度随时间变化的趋势曲线如图二所示。在t2时,将该反应体系温度上升到T5,并维持该温度。请在图2中画出t2时刻后溶液中 Iˉ浓度变化总趋势曲线。
②若在T3时,容器中还有O3,则T1~T2温度区间容器内I2(g)浓度呈现如图一所示的变化趋势,其可能的原因是 。(任写一点)
(4)利用反应④和图2的信息,计算0-t1时间段内用I2(aq)表示的化学反应速率 。
正确答案
(1)△H4-△H2-△H1; (2) ; 先增加后减小;
(3)①> ;
②O3继续氧化I-使溶液中I2浓度增加,使I2(aq) I2(g)平衡向正方向移动,气体I2浓度增加;溶液温度升高,使I2(aq)
I2(g)△H>0,平衡向正方向移动,气体I2浓度增加;(两条理由任写一点给2分)
(4)0.11/2t1 mol·L-1·min-1(2分)
试题分析:(1)观察已知的4个热化学方程式中的反应物和生成物,可以知道,由④式减②式减①式,即可得到③式,所以,△H3= △H4-△H2-△H1。
(2)依据平衡常数的定义可得反应I2(aq) + Iˉ(aq)I3ˉ(aq)的平衡常数表达式为:
。已知O3将Iˉ氧化成I2的过程中可发生4个反应,所以在反应的整个过程中I3ˉ物质的量浓度变化情况是:开始时随着O3的通入,O3可以将I-氧化成I2,I2与I-结合形成I3-,从而使I3ˉ物质的量浓度增大;由于O3具有极强氧化性,通入的O3还可以将I-氧化为IO-和氧气,随着O3的持续通入,O3将一部分I-氧化为IO-和氧气,使I-消耗量增大,同时I2生成量减少,从而使I3-的浓度变小。
(3)①在T3时,容器中已无O3,所以从图示可以知道,此时,溶液中只存在两个平衡:I2(ag) I2(g),和I2(aq) + Iˉ(aq)
I3ˉ(aq) ,根据I2(ag)
I2(g)△H>0,升高温度,I2(ag)倾向于生成I2(g),所以在不考虑其它因素时,I2(g)浓度会增加,但是从图一T4→T5所示的I2(g)浓度变化曲线看,实际上升高温度I2(g)浓度减少,那么只能判断是温度升高致使平衡I2(aq) + Iˉ(aq)
I3ˉ(aq) 正向移动,移动结果使I2(aq)浓度减小,从而导致I2(ag)
I2(g)平衡逆向移动,使I2(g)浓度减小,由此可以判断△H5>0,I2(aq) + Iˉ(aq)
I3ˉ(aq)是吸热反应。
要画出t2时刻后溶液中 Iˉ浓度变化总趋势曲线,必须首先确定曲线的起点、拐
点和终点,已知图二所示的曲线是温度在T4时,溶液中Iˉ浓度随时间变化的趋势曲线,根由曲线分析可知反应己达到平衡,在t2时,反应体系温度上升到T5,并维持该温度,是改变的反应条件(升高温度),此时平衡必然会发生移动,所以T5温度下曲线的起点就是T4温度下曲线的终点,坐标位置应为(0.09,t2)。由于升高温度加快反应速率,缩短达到平衡的时间,所以在T5温度下,达到平衡所用的时间要比T4温度下少,所以拐点出现所需时间比T4温度下少。由于该反应是吸热反应,升高温度能使平衡I2(aq) + Iˉ(aq) I3ˉ(aq)正向移动,从而使Iˉ浓度减小。结合图二中的数据可知,T4温度下Iˉ转化浓度为0.11mol/L,转化率为
所以T5温度下Iˉ的转化率为一定大于55%,Iˉ的平衡浓度要小于0.09mol/L-(0.09mol/L×55%)≈0.04mol/L。所以拐点(平衡点)的位置坐标应在Iˉ浓度小于0.04mol/L处,终点与拐点(平衡点)在一条直线上。由此就可画出t2时刻后溶液中 Iˉ浓度变化总趋势曲线(见答案)。
②在T3时,容器中还有O3,则T1~T2温度区间容器内I2(g)浓度呈现如图一所示的变化趋势,可能是:a.由于容器中还有O3,O3继续氧化I-使溶液中I2浓度增加,从而使I2(aq) I2(g)平衡向正方向移动,气体I2浓度增加;b.体系的温度升高,使I2(aq)
I2(g)△H>0,平衡向正方向移动,从而气体I2浓度增加。
(4)根据图二所示Iˉ浓度的数据可计算出用Iˉ(aq)表示的化学反应速率:
V(I-) = ,再根据(1)中反应④的化学方程式中Iˉ(aq)与I2(aq)的化学计量数之比2 : 1,得出用I2(aq)表示的化学反应速率:V (I2) =
。
(16分)碳、氮、硫、氯是四种重要的非金属元素。
(1)CH4(g)在O2(g)中燃烧生成CO(g)和H2O(g)的△H难以直接测量,原因是 。
已知:a.2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H =-566.0 kJ·mol-1
b.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H =-890.0 kJ·mol-1
则CH4(g)在O2(g)中燃烧生成CO(g)和H2O(g)的热化学方程式为 。
(2)工业上合成氨气的反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。现将10 mol N2和26 mol H2置于容积可变的密闭容器中,N2的平衡转化率(
)与体系总压强(P)、温度(T)的关系如图所示。回答下列问题:
①反应达到平衡状态B时,容器的容积10 L,则T1时,合成氨反应的平衡常数K= L2·mol-1。
②平衡状态由A变到C时,对应的平衡常数K(A) K(C)(填“>”、“<”或“=”)。
(3)在25℃时,HSCN、HClO、H2CO3的电离常数如下表:
①1 mol·L-1的KSCN溶液中,所有离子的浓度由大到小的顺序为 > > > 。
②向Na2CO3溶液中加入过量HClO溶液,反应的化学方程式为 。
③25℃时,为证明HClO为弱酸,某学习小组的同学没计了以下三种实验方案。下列三种方案中,你认为能够达到实验目的的是 (填下列各项中序号)。
a.用pH计测量0.1 mol·L-1NaClO溶液的pH,若测得pH>7,可证明HClO为弱酸
b.用pH试纸测量0.01 mol·L-1HClO溶液的pH,若测得pH>2,可证明HClO为弱酸
c、用仪器测量浓度均为0.1 mol·L-1的HClO溶液和盐酸的导电性,若测得HClO溶液的导电性弱于盐酸,可证明HClO为弱酸
正确答案
(1)(5分)难以控制反应只生成CO(g)(2分,体现反应难以控制即可)
2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(g) ∆H=—1214.0kJ•mol‾1(3分)
(2)(4分)①0.025(2分)② > (2分)
(3)(7分)① c(K+)>C(SCN‾)>c(OH‾)>c(H+)(2分,不单独计分)
②Na2CO3 + HClO = NaHCO3 +NaClO(3分)
③ac(2分)
试题分析:(1)CH4燃烧容易生成CO2,难以控制反应只生成CO(g);首先写出CH4与O2反应生成CO和H2O的化学方程式,并注明状态,然后根据盖斯定律求出焓变:∆H=—∆H1+2∆H2=—1214.0kJ•mol‾1,进而可写出热化学方程式。
(2)①反应达到平衡状态B时,N2的转化率为20%,根据三段式进行计算
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始物质的量(mol) 10 26 0
转化物质的量(mol) 2 6 4
平衡物质的量(mol) 8 20 4
则平衡常数为:K=(0.4mol•L‾1)2÷[0.8mol/L×(2mol•L‾1)3]=0.025 L2·mol-1。
②B点N2转化率大于C点,说明B点平衡常数大于C点平衡常数,A点与B点温度相同,则平衡常数相同,所以K(A) > K(C)
(3)①KSCN为弱酸强碱盐,SCN‾水解使溶液呈碱性,所以离子浓度由大到小的顺序为:c(K+)>C(SCN‾)>c(OH‾)>c(H+)
②因为K1(H2CO3)>K(HClO)>K2(H2CO3),所以HClO与Na2CO3反应生成NaClO和NaHCO3,化学方程式为:Na2CO3 + HClO = NaHCO3 +NaClO
③a、用pH计可以测量0.1 mol·L-1NaClO溶液的pH,若测得pH>7,说明NaClO水解显碱性,可证明HClO为弱酸,正确;b、因为HClO具有漂白性,无法用pH试纸测量0.01 mol·L-1HClO溶液的pH,错误;c、因为HClO和盐酸浓度相同,所以若测得HClO溶液的导电性弱于盐酸,可证明HClO为弱酸,正确。
“富煤、贫油、少气”是我国能源发展面临的现状。随着能源的日益紧张,发展“煤化工”对我国能源结构的调整具有重要意义。下图是煤化工产业链之一。
“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍,科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法,连续产出热值很高的煤炭合成气,其主要成分是CO和H2。CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛。
(1)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol–1 ①
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2=+131.3 kJ·mol–1 ②
则反应CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g),ΔH= _________kJ·mol–1。在标准状况下,33.6 L的煤炭合成气(设全部为CO和H2)与氧气完全反应生成CO2和H2O,反应中转移______mole-。
(2)在一恒容的密闭容器中,由CO和H2合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
①下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是_______
a.体系压强保持不变
b.密闭容器中CO、H2、CH3OH(g)3种气体共存
c.CH3OH与H2物质的量之比为1:2
d.每消耗1 mol CO的同时生成2molH2
②CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。
A、B两点的平衡常数_____(填“前者”、“后者”或“一样”)大;达到A、C两点的平衡状态所需的时间tA tC(填“大于”、“小于”或“等于”)。
在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率可采取的措施是_____________(答出两点即可)。
(3)工作温度650℃的熔融盐燃料电池,是用煤炭气(CO、H2)作负极燃气,空气与CO2的混合气体为正极燃气,用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质,以金属镍(燃料极)为催化剂制成的。负极的电极反应式为:CO + H2-4e- + 2CO32-= 3CO2+H2O;则该电池的正极反应式为____________。
正确答案
(1) -524.8 (2分) 3 (2分)
(2) ①a d (2分)
②一样 (2分) 大于 (2分) 降温、加压、将甲醇从混合体系中分离出来 (2分)
(3) O2 + 4e– + 2CO2 = 2CO32– (2分)
试题分析:(1)根据盖斯定律,将两个热化学方程式相减,即①-②得:CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g),则ΔH=ΔH1-ΔH2=-393.5 kJ·mol–1-131.3 kJ·mol–1=-524.8kJ·mol–1。CO→CO2转移2mole–,H2→H2O转移2mole–,则1.5molCO与H2的混合气体与O2完全反应生成CO2和H2O时,转移3mol电子。(2)①a、正反应为气体分子数减小的反应,当压强不变时,说明各物质浓度不再变化,反应达到平衡状态;b、CO、H2、CH3OH(g)3种气体共存时,不能确定浓度是否会发生变化,即不能确定是否在一定达到平衡状态;c、CH3OH与H2物质的量之比为1:2,不能确定其浓度不变,因此,不能确定是否在一定达到平衡状态;;d、当消耗1 mol CO的同时生成2molH2时,说明正逆反应速率相等,即反应达到平衡状态。②A、B两点的温度相同,所以平衡常数相等;从图像看出,A、C两点的转化率相等,而C点的温度高,反应速率大,则到达平衡的时间短。从图像看出,温度降低CO的转化率增大;该反应为气体分子数减小的反应,加压可使平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大;c(CH3OH)减小,平衡也会向正反应方向移动,CO的转化率增大。(3)燃烧电池的正极为O2得电子,考虑到电池总反应为H2和CO与O2反应生成CO2和H2O,而负极有CO32–参与反应,则正极应该有CO32–生成,故正极反应式为:O2 + 4e– + 2CO2 = 2CO32–。
工业制硫酸时,利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。
(1)某温度下,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H="-197" kj/mol。开始时在10 L的密闭容器中加入4.0 mol SO2(g)和10.0 mol O2(g),当反应达到平衡时共放出197kJ的热量,该温度下的平衡常数K= ,升高温度K将 (填“增大、减小或不变”)。
(2)一定条件下,向一带活塞的密闭容器中充入2mol SO2和1mol O2,发生下列反应:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),达到平衡后,改变下述条件,SO2、O2、SO3的平衡浓度都比原来增大的是 (填字母)。
A.恒温恒容,充入2mol SO3 B.恒温恒容,充入2mol N2
C.恒温恒压,充入1 mol SO3 D.升高温度
(3)在一密闭容器中进行下列反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),化学兴趣小组的同学探究了其他条件不变时,改变某一条件时对上述反应的影响,并根据实验数据作出了下列关系图。下列判断中正确的是 (填字母)。
A.图Ⅰ研究的是不同催化剂对反应的影响,且乙使用的催化剂效率较高
B.图Ⅱ研究的是压强对反应的影响,且甲的压强较高
C.图Ⅱ研究的是温度对反应的影响,且乙的温度较低
D.图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响,且甲使用的催化剂效率较高
(4)某实验小组设想如下图所示装置用电化学原理生产硫酸,写出通入SO2的电极的电极反应式: 。
(5)焙烧产生的SO2可用于制硫酸。已知25℃、101 kPa时:
SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H1="-197" kJ/mol;
H2O(g)=H2O(1) △H2="-44" kJ/mol:
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(1) H3="-545" kJ/mol。
写出SO3(g)与H2O(1)反应的热化学方程式是 。
(6)由硫酸可制得硫酸盐.在一定温度下,向K2SO4溶液中滴加Na2CO3溶液和BaCl2溶液,当两种沉淀共存时,SO42-和CO32-的浓度之比 。[已知该温度时,Ksp(BaSO4)=1.3x10-10,KsP(BaCO3)=5.2x10-9]。
正确答案
(1)10/9 (2分) 减小(2分)
(2)A(2分)
(3)CD(2分)
(4)SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+(2分)
(5)SO3(g) + H2O(1) H2SO4(l) △H1= -130kJ/mol;(3分)
(6)1:40(2分)
试题分析:(1)反应达到平衡时共放出197kJ的热量,根据热化学方程式可知反应了2.0mol SO2和1.0mol O2,
根据三段式进行计算: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始浓度(mol•L‾1) 0.4 1 0
转化浓度(mol•L‾1) 0.2 0.1 0.2
平衡浓度(mol•L‾1) 0.2 0.9 0.2
该温度下的平衡常数K= 0.22÷(0.22×0.9)=10/9;因为该反应为放热反应,升高温度,平衡向左移动,所以K将减小。
(2)A、保持温度和容器体积不变,充入2mol SO3,平衡向逆反应分析移动,则SO2、O2、SO3气体平衡浓度都比原来增大,正确;B、保持温度和容器体积不变,充入2mol N2,对平衡移动没有影响,各物质的浓度不变,错误;C、保持温度和容器内压强不变,充入1mol SO3,处于等效平衡状态,浓度不变,错误;D、升高温度,平衡向逆反应分析移动,SO3的浓度减小,错误。
(3)A、催化剂不影响平衡,SO3的浓度相等,与图像不符合,错误;B、甲的反应速率快,所以甲的压强大,平衡向右移动,SO2的转化率大,与图像不符合,错误;C、甲的反应速率快,所以甲的温度高,平衡向左移动,SO2的转化率小,与图像符合,正确;D、催化剂加快反应速率,不影响平衡,与图像符合,正确。
(4)依据图中所示装置,二氧化硫失电子发生氧化反应,在水溶液中转化为硫酸;电极反应为:SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+。
(5)首先写出SO3与水反应的化学方程式并注明状态,然后根据盖斯定律求出反应热,∆H=-1/2∆H1-∆H2+1/2∆H3=-130kJ•mol‾1,即可写出热化学方程式。
(6)c(SO42‾):c(CO32‾)=Ksp(BaSO4)/c(Ba2+):Ksp(BaCO3)/c(Ba2+)=Ksp(BaSO4)/Ksp(BaCO3)=1:40
磷在自然界常以难溶于水的磷酸盐如Ca3(PO4)2等形式存在。它的单质和化合物有着广泛的应用。
(1)红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的△H表示生成1mol产物的数据)。
请回答问题:
①PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是 。
②P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的△H3= 。
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的反应是可逆反应。T℃时,向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5,经过250 s达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:
①反应在50~150s 内的平均速率v(PCl3)= 。
②试计算该温度下反应的平衡常数(写出计算过程,保留2位有效数字)
(3)NaH2PO4、Na2HPO4和Na3PO4可通过H3PO4与NaOH溶液反应获得,含磷各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH 的关系如图所示。
①为获得较纯的Na2HPO4,pH应控制在 ;pH=6时,溶液中主要含磷物种浓度大小关系为: 。
②Na2HPO4溶液呈碱性,加入足量的CaCl2溶液,溶液显酸性,溶液显酸性的原因是(从离子平衡角度分析) 。
正确答案
(1)①PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)△H=+93kJ/mol(2分,方程式1分,△H的表示1分,化学式、状态错误0分;+、焓变数值、单位错漏合扣1分;计量数用分数表示与焓变相匹配也给分)
②-399 kJ/mol(2分,单位错漏扣1分)
(2)①1.5×10-4mol/(L·s) 或0.00015 mol/(L·s)(2分,单位错漏扣1分)
②2.5×10-2 mol/L或0.025mol/L
(3)①9~10.5(2分,介于此区间或区间内的某一点)
c(H2PO4-)>c(HPO42-) (2分)
②Na2HPO4溶液中存在电离平衡,HPO42-H++PO43-(1分),加入CaCl2溶液,Ca2+与PO43-结合生成Ca3(PO4)2沉淀,促使Na2HPO4电离平衡向右移动,H+浓度增大,溶液显酸性(1分)。(合理即给分)
试题分析:(1)①题干中特别注明图中物质转化的焓变是生成1mol产物的数据,因此PCl5分解成PCl3和Cl2是吸热反应,其热化学方程式为:PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)△H=+93kJ/mol;
②计算P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5 的焓变,根据盖斯定律反应的焓变与过程无关,只需将图像中两部分的焓变相加即可,所以△H3=-399 kJ/mol。
(2)①计算反应在50~150s 内的用PCl3表示的反应速率,只需把数据代入公式,因此有v(PCl3)=△C/△t=(0.19-0.16)mol/(2L×100s)= 1.5×10-4mol/(L·s);
② PCl5(g) = PCl3(g)+Cl2(g)
起始浓度(mol/L) =0.50 0 0
转化浓度(mol/L) 0.10 =0.10 0.10
平衡浓度(mol/L) 0.40 0.10 0.10 (1分)
K= =
= 2.5×10-2 mol/L或0.025mol/L
(3)此题要学会认真读图,该图表示的是H3PO4与不断加入的NaOH反应,氢氧化钠量不断增大使溶液pH值不断增大时,溶液中各含磷物种的百分比。每个含磷物种在一定的PH范围内都有百分含量极大和极小的情况,而两条线交叉部分表示的则是2种含磷物种同时存在的情况。
①要获得叫纯净的Na2HPO4,则通过图像找到PH值在9~10.5的范围内,HPO42- 的百分含量接近百分百,所以控制的PH只要在这个范围内,都可以获得较纯净的Na2HPO4 。
②Na2HPO4是弱酸酸式盐,HPO42-存在电离和水解两个平衡,由于溶液呈碱性,可以看出水解强于电离。但是该盐溶液加入氯化钙后,溶液呈酸性,因此可以推测加入的氯化钙一定改变了电离平衡,使之不断产生出氢离子,使溶液呈酸性。所以结合本题的题干“磷在自然界常以难溶于水的磷酸盐如Ca3(PO4)2等形式存在”,可以解释平衡的移动为:Na2HPO4溶液中存在电离平衡,HPO42-H++PO43-,加入CaCl2溶液,Ca2+与PO43-结合生成Ca3(PO4)2沉淀,促使Na2HPO4电离平衡向右移动,H+浓度增大,溶液显酸性。
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