- 化学反应与能量
- 共8781题
常温下,0.1m01/L的下列溶液:
①HCl、②CH3COOH、③CH3COONa、④NaOH、⑤FeCl3、⑥NaCl。
(1)pH由小到大排列顺序为 (填序号);
(2)实验室配制⑤的溶液时常需加入少量盐酸,否则得到的是浑浊的溶液,产生浑浊的原因是(用离子方程式表示)
(3)物质的量浓度相同的①氨水②氯化铵③碳酸氢铵④硫酸氢铵⑤硫酸铵
在上述五种溶液中,铵根离子物质的量浓度由大到小的顺序是
(4)已知拆开1molH—H键,1molN—H键,1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、39l kJ、946 kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为
正确答案
(1)①②⑤⑥③④ (2)Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+
(3)⑤>④>②>③>① (4)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
=-92.0kJ/mol
试题分析:(1)盐酸是一元强酸,醋酸是一元弱酸,醋酸钠是弱酸强碱盐,氢氧化钠是一元强碱。氯化铁是强酸弱碱盐,氯化钠是强酸强碱盐,所以在浓度相等的条件下,pH由小到大排列顺序为①②⑤⑥③④。
(2)氯化铁溶于水,铁离子水解生成氢氧化铁和盐酸,所以加入盐酸的目的是抑制铁离子的水解,方程式是Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+。
(3)在溶液中NH4+水解,而硫酸氢铵能电离出氢离子,抑制NH4+水解。HCO3-水解,显碱性,促进NH4+水解,所以五种溶液中,铵根离子物质的量浓度由大到小的顺序是⑤>④>②>③>①。
(4)反应热是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值,则该反应的反应热△H=3×436kJ/mol+946kJ/mol-2×3×391kJ/mol=-92.0kJ/mol,所以反应的热化学方程式是N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
=-92.0kJ/mol。
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,差值对学生灵活运用基础知识解决实际问题的能量的培养。旨在提高学生分析、归纳、总结问题的能力。有利于调动学生的学习兴趣和学习积极性,也有助于培养学生的逻辑推理能力和抽象思维能力。
臭氧可用于净化空气、饮用水消毒、处理工业废物和作为漂白剂。
(1)臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如:
6Ag(s)+O3(g)= 3Ag2O(s); △H=-236kJ·mol-1,
已知:2Ag2O(s)= 4Ag(s)+O2(g); △H=" +62" kJ·mol-1,
则O3转化为O2的热化学方程式为________________________________________________。
(2)臭氧在水中易分解,臭氧的浓度减少一半所需的时间如下表所示。
由上表可知pH增大能加速O3分解,表明对O3分解起催化作用的是__________(填微粒符号)。
(3)电解法臭氧发生器具有臭氧浓度高、成分纯净、在水中溶解度高的优势,在医疗、食品加工与养殖业及家庭方面具有广泛应用前景。科学家P.Tatapudi等人首先使用在酸性条件下电解水的方法制得臭氧。
臭氧在阳极周围的水中产生,其电极反应式为_______________________;阴极附近的氧气则生成过氧化氢,其电极反应式为_______________________。
正确答案
(1)2O3=3O2 △H="-286kJ/mol" (3分)(2)OH- (1分)
(3)3H2O-6e-=O3↑+6H+ (3分) 3O2+6H++6e-=3H2O2(3分)
试题分析:(1)①6Ag(s)+O3(g)=3Ag2O(s)△H=-235.8kJ•mol-1,②2Ag2O(s)=4Ag(s)+O2(g)△H=+62.2kJ•mol-1,根据盖斯定律可知①×2+②×3可得到,2O3(g)=3O2(g),则反应热△H=(-235.8kJ•mol-1)×2+(+62.2kJ•mol-1)×3=-285kJ/mol,所以热化学方程式为2O3(g)=3O2(g)△H=-285kJ/mol(2)由表格中的数据可知,相同温度下,pH越大,O3分解速率越大,表明对O3分解起催化作用的是OH-(3) 酸性条件下电解水的方法制得臭氧.臭氧在阳极周围的水中产生,其电极反应式为3H2O-6e-=O3↑+6H+,阴极附近的氧气则生成过氧化氢,其电极反应式为3O2+6H++6e-=3H2O2
(14分)CO2是一种主要的温室气体,研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。
(1)金刚石和石墨燃烧反应中的能量变化如图所示。
①在通常状况下,金刚石和石墨中, (填“金刚石”或“石墨”)更稳定,石墨的燃烧热为 kJ·mol-1。
②石墨与CO2反应生成CO的热化学方程式: 。
(2)采用电化学法可将CO2转化为甲烷。试写出以氢氧化钾水溶液作电解质时,该转化的电极反应方程式 。
(3)CO2为原料还可合成多种物质。工业上常以CO2(g) 与H2(g)为原料合成乙醇。
①已知:H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-41.2kJ·mol-1
2CO(g)+4H2 (g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H= -256.1kJ·mol-1。
则:2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(l) △H= 。
②下图是一种以烟道气为原料合成乙醇的工作原理示意图。
对上述流程的分析,下列说法正确的是 。
③如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测。该电池负极的电极反应为 。
正确答案
(1)①石墨 393.5 ② C(s、石墨)+CO2(g) =2CO(g) △H= +172.5kJ·mol-1
(2)CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-(3)① —305.7kJ·mol-1 ② AD
③ CH3CH2OH-4e-+H2O=4H++CH3COOH
试题分析:(1)①能量越低越稳定,图中石墨的能量低于金刚石;由图像可知石墨的燃烧热ΔH=ΔH2+ΔH3=-393.5 kJ·mol-1。②将反应C(s、石墨)+ O2(g) =CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1和2CO(g)+ O2(g) =2CO2(g) ΔH=-283.0×2kJ·mol-1相减即得:C(s、石墨)+CO2(g) =2CO(g) △H= +172.5kJ·mol-1。
(2)→
得8e-,生成8个单位的负电荷,结合电解液是氢氧化钾水溶液,负电荷的离子是OH-。
(3)①由盖斯定律:Ⅲ-Ⅱ×2-Ⅰ×3可得ΔH= (-256.1kJ·mol-1)-(-41.2kJ·mol-1)×2-(+44kJ·mol-1)×3=
—305.7kJ·mol-1;②A项 光能→电能、电能→化学能,热能→化学能,化学能→化学能,热能→动能,正确;B项 电解水阴极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑,错误;C项 合成塔中的反应方程式为:
6H2+2CO2=CH3CH2OH+3H2O ,错误;D项 产物是乙醇和水,无污染,正确。
③由图可判断总反应式:CH3CH2OH+O2= CH3COOH+H2O,正极反应式:O2+4e-+4H+=2H2O,两式相减得负极反应式:CH3CH2OH-4e-+H2O=4H++CH3COOH
(10分)(1)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574 kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160 kJ·mol-1
若用标准状况下4.48LCH4还原NO2至N2,整个过程中转移的电子总数为 (阿伏伽德罗常数用NA表示),放出的热量为 kJ。
(2)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。
(3)甲烷在高温下与水蒸气反应反应方程式为:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)。部分物质的燃烧热数据如右表:已知1mol H2O(g)转变为1mol H2O(l)时放出44.0 kJ热量。写出CH4和H2O在高温下反应的热化学方程式 。
(4)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl为电解质溶液制取新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式 。
正确答案
(10分) (1) 1、6NA 173、4 (2) +124、2
(3)CH4(g) + H2O(g) ="=" CO(g) + 3H2(g) ∆H= --1420、7 kJ/mol
(4) N2 + 6e + 8H+ ="=" 2NH4+
试题分析:(1)根据盖斯定律可知,①+②即得到CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867 kJ·mol-1。标准状况下4.48 L CH4的物质的量为0.2 mol,失去0.2mol×8=1.6mol电子,放出的热量为0.2 mol×867 kJ·mol-1=173.4 kJ。
(2)同样根据盖斯定律可知,①-②即得到C3H8(g)====CH3CH=CH2 (g)+H2(g),所以该反应的△H=+156.6kJ·mol-1-32.4kJ·mol-1=+124.2kJ/mol。
(3)根据物质的燃烧热可知,①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1、②CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1、③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1、④ H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0 kJ/mol。所以根据盖斯定律可知,③+④-①×3-②即得到CH4(g) + H2O(g) ="=" CO(g) + 3H2(g) ∆H= --1420、7 kJ/mol。
(4)原电池中正极得到电子,所以氮气在正极得到电子。又因为溶液显酸性,所以正极电极反应式是N2 + 6e + 8H+ ="=" 2NH4+。
点评:书写热化学方程式以及反应热的计算中,盖斯定律有着广泛的应用,需要熟练掌握并结合有关数学知识灵活运用。
(6分)甲醇是一种可再生能源,具有开发和应用的广阔前景,工业上一般可采用如下反应来合成甲醇:
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)。
⑴该反应的平衡常数表达式为 K = ___________________________。
⑵如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。
①该反应的焓变△H _____0(填“>”、“<”或“=”)。
②若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是_________。
⑶已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(g) △H=-a kJ·mol-1
② 2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g) △H=-b kJ·mol-1
③ H2O(g) = H2O(l) △H=-c kJ·mol-1
则CH3OH(l) + O2(g) =" CO(g)" + 2H2O(l) △H= ____________________ kJ·mol-1。
正确答案
⑴ (2分)
⑵ <(1分) B (1分) ⑶ (2分)
(1)平衡常数是在一定条件下的可逆反应中,当可逆反应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,该反应的平衡常数是。
(2)(2)①根据图像可知,T2大于T1,升高温度,CO的转化率是降低的,所以正反应是放热反应,即△H小于0。
②升高温度,平衡向逆反应方向进行,A不正确;催化剂不能改变平衡状态,C不正确;充入He,使体系总压强增大,但浓度是不变的,所以平衡不移动,答案选B。
(3)根据盖斯定律可知,(①+④×4-②)÷2即得到CH3OH(l) + O2(g) =" CO(g)" + 2H2O(l),所以该反应的△H=mol。
碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要作用。
(1)真空碳热还原一氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下:
2Al2O3(s)+ 2AlCl3(g)+ 6C(s)=6AlCl(g)+ 6CO(g);△H= a kJ•mol-1
3AlCl(g)= 2Al(l)+ AlCl3(g);△H= b kJ•mol-1
反应Al2O3(s)+ 3C(s)= 2Al(l)+ 3CO(g)的△H= kJ•mol-1
(用含a、b的代数式表示)。
(2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+ 2NO(g)N2(g)+ CO2(g);△H= Q kJ•mol-1。在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)= ,T1℃时,该反应的平衡常数K=
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是 (填字母编号)
a.通入一定量的NO b.加入一定量的活性炭
c.加入合适的催化剂 d.适当缩小容器的体积
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q 0(填“>”或“<”)。
④在恒容绝热条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是 (填选项编号)
a.单位时间内生成2nmol NO(g)的同时消耗nmol CO2(g)
b.反应体系的温度不再发生改变
c.混合气体的密度不再发生改变
正确答案
(1) (1分)
(2)① 0.032 mol/(L·min) (1分) 0.25(2分)
② a d (2分,多选错选不给分,漏选给1分)
③ <(2分)
④ b c (2分,多选错选不给分,漏选给1分)
试题分析:(1)根据盖斯定律,反应Al2O3(s)+ 3C(s)= 2Al(l)+ 3CO(g)可有方程式(1)×1/2+(2)得,因此代入相对应焓变值,得a/2+b;(2)①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=(1-0.68)/10=0.032 mol/(L·min),T1℃时,在20min时各组分浓度不再发生变化,说明反应达到平衡,可得平衡常数为(0.25×0.25)/0.52=0.25;②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,各组分浓度都增加,可能是缩小体积或增加NO,加入碳是固体,或加入催化剂,平衡不移动,因此选ad;③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,相对原来的2:1:1,平衡向左移动,NO的量增加,根据升高温度,平衡向吸热反应方向移动,正反应是放热反应,Q<0,④在恒容绝热条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态,a.单位时间内生成2nmol NO(g),反应向逆反应方向进行,消耗nmol CO2(g),也是向逆向进行,不能表示平衡,错误;b.反应体系的温度不再发生改变,因为是绝热体系,所以当温度不再改变时,表示达到平衡,正确; c.混合气体的密度不再发生改变,体积不变,但碳是固体,当气体质量不再改变时,也就是密度不变,达到平衡,正确。
(11分)在汽车上安装三效催化转化器,可使汽车尾气中的主要污染物(CO、NOx、碳氢化合物)进行相互反应,生成无毒物质,减少汽车尾气污染。
(1)已知:N2(g)+ O2(g)="2NO(g)" △H="+180.5" kJ·mol-1
2C(s)+ O2(g)="2CO(g) " △H=-221.0 kJ·mol-1
C(s)+ O2(g)=CO2(g) △H=-393.5 kJ·mol-1
①尾气转化的反应之一:2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H= 。
②已知:N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol—1、497 kJ·mol—1,则NO分子中化学键的键能为 kJ·mol—1。
(2)某研究性学习小组在技术人员的指导下,在某温度时,按下列流程探究某种催化剂作用下的反应速率,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前3s内的平均反应速率v (N2) = _________________________。
②在该温度下,反应的平衡常数K = 。(只写出计算结果)
③该可逆反应△S 0(填“>”、“<”或“=”),在_______________(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
(3)CO分析仪以燃料电池为工作原理,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是
正确答案
(1)①-746.5 kJ·mol-1 (2分) ②631.25(2分)
(2)①1.42×10-4 mol/(L·s) (2分) ②5000(2分) ③<,低温(2分,各1分)
(3)B (1分)
(1)①按顺序将三个热化学方程式编号为①②③,根据盖斯定律③×2-①-②可得2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-746.5 kJ·mol-1。
②631.25
(2)①v (N2) =v (NO) = ×=1.42×10-4mol·L-1·s-1
②反应至4s达平衡,此时
c(N2)=△c(NO)=×(10.0×10-4 mol·L-1-1.00×10-4 mol·L-1)=4.50×10-4 mol·L-1
c(CO2)=△c(NO)=10.0×10-4 mol·L-1-1.00×10-4 mol·L-1=9.00×10-4 mol·L-1
故化学平衡常数为:K=
==5000L·mol-1。
(3)该燃料电池的正极反应为:O2+4e-=2O2-,生成的O2-由b极向a极迁移,在a极参与负极反应:CO+O2—―2e-=CO2,故B项错误。
炭火炉内炭燃烧至炽热时,在往炉膛内的热炭上喷洒少量水的瞬间,炉火更旺,这是因为
___________。如果烧去同量的炭,喷洒过水和未喷洒过水的炭火炉相比,放出的总能量__________(填“相同”或“不同”),原因是________________________。
正确答案
生成的水煤气(CO和H2)燃烧,使得瞬间炉火更旺;相同;化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关,而与具体反应进行的途径无关
(16分)汽车尾气中的CO、NOX已经成为大气的主要污染物,使用稀土等催化剂能将CO、NOX、碳氢化合物转化成无毒物质,从而减少汽车尾气污染。
(1)已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1 ①
2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2 ②
C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3 ③
写出NO与CO催化转化成N2和CO2的热化学方程式(反应热用△H1、△H2、△H3表示): 。
(2)在容积相同的两个密闭容器内(装有等量的某种催化剂),分别充入同量的NOx及C3H6,在不同温度下,同时发生以下反应:
18NO(g)+2C3H6(g)9N2(g)+6CO2(g)+6H2O(g);
18NO2(g)+4C3H6(g)9N2(g)+12CO2(g)+12H2O(g);
并分别在t秒时测定其中NOX的转化率,绘得图像如下图所示:
① 从图中可以得出的结论是
结论一:相同温度下, 。
结论二: 。
② 上述NO2和C3H6反应达平衡后,可提高NO2
转化率的措施有 。(填编号)
(3)CO的中毒是由于CO与血液中血红蛋白的血红素
部分反应生成碳氧血红蛋白(Hb·CO),在37℃时:CO+Hb·O2O2+Hb·CO K=220
实验表明,Hb·CO的浓度即使只有Hb·O2浓度的2%,也可造成人的智力损伤。抽烟后,测得平衡时人体肺部的空气中CO和O2的浓度分别为10-6 mol·L-1和10-2 mol·L-1。请问,抽烟会造成人的智力损伤吗?(写出计算过程)
正确答案
(16分)
(1)2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=2△H3△H2
△H1
(4分;方程式、反应热各2分,配平正确但状态无写或标注错误扣1分)
(2)① 结论一: NO转化率比NO2的低 (2分)
结论二:在250°C~450°C时,NOX转化率随温度升高而增大,450°C~600°C时NOX转化率随温度升高而减小 (2分;其他合理答案也给分)
② BC (3分;只答对一个得1分,错选不给分)
(3)(5分) 肺部CO和O2的浓度分别为10-6 mol·L-1和10-2 mol·L-1,
(2分)
>2% (2分)
故:抽烟会造成人的智力损伤。 (1分)
试题分析:(1)根据盖斯定律,目标方程式=③×2-①-②,所以所求热化学方程式为
2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=2△H3△H2
△H1
(2)① 从图中可以看到,二氧化氮的转化率曲线在NO转化率曲线的上方,所以得出的结论是,相同温度时,NO转化率比NO2的低;结论二:从曲线的变化情况可知,在250°C~450°C时,NOX转化率随温度升高而增大,450°C~600°C时NOX转化率随温度升高而减小;同时也可以说明,温度升高NOX转化率降低,则NOX转化反应是放热反应;
②A、加入催化剂,只能加快反应速率,不能改变平衡,所以二氧化氮的转化率不会提高,错误;B、有①的分析知该反应是放热反应,降低温度,平衡正向移动,二氧化氮的转化率提高,正确;C、分离出水蒸气,使生成物浓度降低,平衡正向移动,提高二氧化氮的转化率,正确;D、增大压强,平衡逆向移动,二氧化氮的转化率降低,错误,答案选BC;
(3)由K=220可知,220=c(O2)c(Hb·CO)/ c(Hb·O2) c(CO),CO和O2的浓度分别为10-6 mol·L-1和10-2 mol·L-1。所以c(Hb·CO)/ c(Hb·O2)=220×10-6 mol·L-1/10-2 mol·L-1=2.2%>2%,所以抽烟会造成人的智力损伤。
研究NO2、SO2 、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
(1)NO2可用水吸收,相应的化学反应方程式为 。
利用反应6NO2+ 8NH37N2+12 H2O也可处理NO2。当转移1.2mol电子时,消耗的NO2在标准状况下是 L。
(2)已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH="-196.6" kJ·mol-1
2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH="-113.0" kJ·mol
则反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)的ΔH= kJ·mol-1。
一定条件下,将NO2与SO2以体积比1:2置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是 。
a.体系压强保持不变 b.混合气体颜色保持不变
c.SO3和NO的体积比保持不变 d.每消耗1 mol SO3的同时生成1 molNO2
该温度下,此反应的平衡常数表达式K= 。
(3)CO可用于合成甲醇,反应方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应ΔH 0(填“>”或“ <”)。实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右,选择此压强的理由是 。
正确答案
(16分)(除注明的3分外,其余每空2分,共16分)
(1)3NO2+H2O=NO+2HNO3(3分);6.72
(2)-41.8;b; K=c(SO3).c(NO)/c(NO2).c(SO2) (3分)
(3)< 在1.3×104kPa下,CO的转化率已经很高,如果增加压强CO的转化率提高不大,而生产成本增加,得不偿失。
试题分析:(1)NO2用水吸收,反应方式为:3NO2+H2O=NO+2HNO3;在6NO2+ 8NH37N2+12 H2O反应中,NO2 化合价由+4→0,得到4e-,现在转移1.2mole-,即NO2 得到1.2mole-,所以n(NO2 )=1.2mol/4=0.3mol,所以标况下V(NO2)=0.3mol×22.4L/mol=6.72L。
(2)反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)可以由已知方程式(①+②)/2得到,所以ΔH=(ΔH1+ΔH2)/2=-41.8kJ·mol;该反应前后气体系数不变,所以反应前后压强始终不变,压强不变不能判断达平衡,a错误;反应物NO2 呈红棕色,随着反应进行NO2 不断变化,颜色不断变化,当不变时,NO2 浓度不变可以说明达到平衡,b正确;生成物SO3:NO始终等于1:1,所以体积比不随反应而改变,不能判定达平衡,c错误;每消耗1 mol SO3的同时生成1 molNO2 都是逆反应速率,不能判定达平衡,d错误;所以应该选b。平衡常数表达式为K=c(SO3).c(NO)/c(NO2).c(SO2)。
(3)由图像可知,压强相同时,温度越大,CO的平衡转化率越小,所以升温对正反应不利,正反应是个放热反应,ΔH<0;再由图像可知,当温度为250℃压强为1.3×104kPa左右时,CO的平衡转化率已经很高,再增大压强,转化率增大不多,所以没必要再加压增大成本了。
工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如下:
请回答下列问题:
(1)某科研小组研究:在其他条件不变的情况下,改变起始物氢气的物质的量,对反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1的影响。实验结果如图所示:(图中T表示温度,n表示物质的量)
①图像中T2和T1的关系是:T2 T1(填“>”、“<”、“=”或“无法确定”)。
②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中,N2的转化率最高的是 (填字母)。
③要使反应后氨的百分含量最大,则在起始体系中原料投料比n(H2)/n(N2) 3(填 “>”、“<”、“=”或“无法确定”)。若容器容积恒为1 L,起始状态n(H2)="3" mol,反应达到平衡时H2的转化率为60%,则此条件下(T2),反应的平衡常数K= 。(结果保留小数点后两位)
(2)已知:N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180.5 kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1
今有17 g氨气,假设其经催化氧化完全反应,生成一氧化氮气体和水蒸气,则该过程中所放出的热量为 kJ。
(3)在装置②中,NH3和O2从145℃就开始下列反应,在不同温度和催化剂条件下生成不同产物(如下图所示):
温度较低时生成 为主,温度高于900℃时,NO产率下降的可能原因是 。
正确答案
(14分)
(1)① <,② c , ③ =(各2分,共6分);2.08(2分)
(2)226.25kJ或226.3 kJ(3分)
(3)N2(1分);氨气氧化生成NO的反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,转化率下降(2分)
试题分析:
(1)①合成氨反应是放热反应,温度越高,氨的百分含量越小,所以T2
(3)由图像可知温度低时主要生成氮气;氨的催化氧化放热,温度高于900℃时,平衡向左移动,NO产率降低。
根据下列反应的焓变,计算C(石墨)与H2(g)反应生成1molC2H2(g)的焓变(△H)。
C(石墨)+ O2(g)=CO2(g) △H1="a" kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H2="b" kJ·mol-1
2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)△H3="c" kJ·mol-1
△H= 。
正确答案
△H=2a+b/2-c/2 kJ·mol-1
试题分析:根据盖斯定律可知,①×2+②÷2-③÷2即得到反应2C(石墨)+H2(g=C2H2(g),则该反应的△H=2a+b/2-c/2 kJ·mol-1。
点评:该题是基础性试题的考查,也是高考中的常见题型和考点。该题的关键是利用好盖斯定律,有利于培养学生的逻辑推理能力和规范的答题能力。
一氧化碳是一种用途相当广泛的化工基础原料。
⑴利用下列反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。
Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g),该反应的△H______0 (选填“>”或“=”或“<”)。
⑵金属氧化物被一氧化碳还原生成金属单质和二氧化碳。下左图是四种金属氧化物(Cr2O3、SnO2、PbO2、Cu2O)被一氧化碳还原时lg与温度(t)的关系曲线图。则一氧化碳还原三氧化铬反应的化学平衡常数表达式可表示为:K=______________。800℃时,其中最易被还原的金属氧化物是___________,该反应的平衡常数数值(K)等于__________。
⑶下右图是一碳酸盐燃料电池(MCFC),以水煤气(CO、H2)为燃料,一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质。依次写出A、B两电极发生反应的电极反应式
__________________________________、___________________________________。
⑷已知:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-90.7 kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-23.5 kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-41.2 kJ·mol-1
则3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=_______________。
正确答案
20.⑴<
⑵ Cu2O 106
⑶H2+CO-4e-+2CO32-=H2O+3CO2 2CO2+O2+4e-=2CO32-
⑷-246.1 kJ·mol-1 (每空2分,共14分)
(1)由方程式Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)可知,升高温度利于反应向逆反应方向移动,即可得该反应的正反应方向为放热反应;
(2)化学平衡常数表达式可表示为:K=;800℃时,其中最易被还原的金属氧化物是Cu2O;该反应的平衡常数数值(K)等于106;
(3)A、B两电极发生反应的电极反应式:H2+CO-4e-+2CO32-=H2O+3CO2 2CO2+O2+4e-=2CO32-;
(4)由盖斯定律将化学方程式叠加可得:3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=-246.1 kJ·mol-1
(14分)氨是重要的化工产品之一,研究合成氨反应具有重要意义。
(1) 已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为:
,
写出以N2和H2为原料合成NH3的热化学方程式________________________。
(2) 某小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,实验结果如下图所示:
①t1时刻改变的条件为__________________。
②t2时刻,恒压充入氦气,t3时刻达到平衡。在图中画出t2时刻后的速率变化图像。
(3) 相同温度下,A、B、C三个密闭容器,A、B恒容,C带有可自由移动的活塞K,各向其中充入如图所示反应物,初始时控制活塞K使三者体积相等,一段时间后均达到平衡。
①达到平衡时,A、C两个容器中NH3的浓度分别为cl、c2,则c1______c2(填“>”、“<”或“=”)。
②达到平衡时,若A、B两容器中反应物的转化率分别为α(A),α(B),则α(A)+α(B)______1(填“ >”、“<”或“=”)。
③达到平衡时,若容器C的体积是起始时的3/4,则平衡时容器C中H2的体积分数为_______。
(4) 直接供氨式碱性燃料电池(DAFC),以KOH溶液为电解质溶液,其电池反应为 4NH3+3O2=2N2+6H2O,则负极的电极反应式为__________________。
正确答案
(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H= -90.8 kJ·mol-1(2分)
(2)①升高温度 (2分)
② (2分)
(3)① <(2分) ② < (2分) ③50% (2分)
(4)2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O (2分)
试题分析:(1)根据键能关系计算:△H=反应物的键能-生成物的键能=946+436×3-390.8×6=-90.8 kJ·mol-1;N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H= -90.8 kJ·mol-1
(2)①t1时刻正逆反应速率都增大,向逆向移动,则是升高温度;②恒压充入氦气,相当于减压,正逆速率都减小,向逆向移动,如下图
(3)
①A恒容,压强减小,C恒压,所以C中压强大于A, c1
②A中相当于氨气是2mol,B容器中是A中的2倍,压强增大,则反应物的转化率小于A。即1-α(A)>α(B),则α(A)+α(B)<1;
③若容器C的体积是起始时的3/4,则平衡时物质的量是起始时的3/4,
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始(mol) 1 3 0
转化(mol) x 3x 2x
平衡(mol) 1-x 3-3x 2x
(4-2x)/4=3/4;x=0.5;则H2的体积分数为1.5÷3=50%
(4)电池总反应为 4NH3+3O2=2N2+6H2O,知道正极反应为:O2+4e-+2H2O=4OH—,由总反应减去正极反应,则负极的电极反应式为2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O。
点评:本题以合成氨为载体,考查了高考的中热点知识:热化学方程式、化学平衡、原电池等知识,综合性强,也是高考的常考内容,平时学习要注意整理这类习题。
(6分)依据叙述,写出下列反应的热化学方程式。
①在25℃、101 kPa下,32g甲醇(CH3OH)的燃烧放出的热量为725.8kJ,则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为(已知常温下甲醇为液态)
______________________________________________________________
②1.00 L 1.00 mol·L-1H2SO4溶液与2.00 L 1.00 mol·L-1 NaOH溶液完全反
应,放出114.6 kJ热量,表示其中和热的热化学方程式为
_________________________________________________________________。
正确答案
①CH3OH(l)+3/2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-725.8 kJ·mol-1
②1/2H2SO4(aq)+NaOH(aq)==="1/2" Na2SO4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1
(1)燃烧热是在一定条件下1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,因此在表示燃烧热的热化学方程式中可燃物前的计量数一定是1。
(2)中和热是在一定条件下的稀溶液中酸和碱反应生成1mol水时所放出的热量,所以在表示中和热的热化学方程式中生成物水前的计量数一定是1。
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