- 化学反应与能量
- 共8781题
Ⅰ.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:其化学平衡常数K与温度t的关系如下:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
请回答下列问题:
(1)该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)800℃,固定容器的密闭容器中,放入混合物,其始浓度为c(CO) =" 0.01" mol/L,c(H2O) =" 0.03" mol/L,c(CO2) =" 0.01" mol/L,c(H2) =" 0.05" mol/L,则反应开始时,H2O的消耗速率比生成速率 __ _(填“大”、“小”或“不能确定”)。
Ⅱ.超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,其反应为:2NO+2CO2CO2+N2。为了测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下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)在上述条件下反应能够自发进行,则反应的△H 0(填写“>”、“<”、“=”)。
(2)前2s内的平均反应速率v(N2)= 。
(3)在该温度下,反应的平衡常数K= 。
(4)假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是 。
A.选用更有效的催化剂 B.升高反应体系的温度
C.降低反应体系的温度 D.缩小容器的体积
(5)若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,则平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);使用催化剂,上述反应的△H________(填“增大” “减小” 或“不改变”)。
正确答案
(11分)Ⅰ (1)吸热 (2)小
Ⅱ.(1)<;(2)1.88×10-4 mol·L-1·s-1;(3)5000;(4)C、D;(5向左;不改变
试题分析:Ⅰ. (1)根据表中数据可知,随着温度的升高,平衡常数K逐渐增大,这说明升高温度平衡向正反应方向移动,所以该反应为吸热反应。
(2)如果始浓度为c(CO) =" 0.01" mol/L,c(H2O) =" 0.03" mol/L,c(CO2) =" 0.01" mol/L,c(H2) =" 0.05" mol/L,则此时。由于800℃时K=1.0,所以此时反应向正反应方向进行,即H2O的消耗速率比生成速率小。
Ⅱ.(1)自发反应,通常为放热反应,即DH小于0。
(2)以NO计算,2s内NO的浓度变化为(10-2.5)×10-4mol/L,V(NO)=7.5×10-4/2 =3.75×10-4mol/(L·s)。根据速率之比等于计量系数比可知,V(N2)=1/2 V(NO)=1.875×0-4mol/(L·s)。
(3)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,所以根据反应的方程式可知=
=5000。
(4)催化剂不影响平衡的移动,A项错;该反应放热,所以社会稳定平衡逆向移动,NO转化率降低,B项错,C项正确;缩小体积,即增大压强,平衡向体积减小的方向运动,即正向移动,D项正确,答案选CD。
(5)若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,则容积的体积必然增大,平衡向左移动。催化剂不能改变反应热,所以使用催化剂,上述反应的△H不变。
点评:该题是高考中的常见题型,试题综合性强,对学生的要求较高。试题在注重对学生基础知识巩固的训练的同时,更侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练,有利于调动学生的学习兴趣和学习积极性,激发学生的学习求知欲。也有助于培养学生的逻辑推理能力和抽象思维能力。
空气质量与我们的健康息息相关,目前我国通过监测6项污染物的质量浓度来计算空气质量指数(AQI),SO2、NO2和CO是其中3项中的污染物。
(1)上述3种气体直接排入空气后会引起酸雨的气体有 (填化学式)。
(2)早期人们曾经使用铅室法生产硫酸,其主要反应为:
SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)
①若已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=a kJ·mol-1
2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=b kJ·mol-1
则SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH= kJ·mol-1。
②一定温度下,向固定体积为2 L的密闭容器中充入SO2和NO2各1 mol,发生反应:SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)。下列事实中不能说明该反应达到平衡状态的是 (选填序号)。
a.体系压强保持不变 b.混合气体的颜色保持不变
c.NO的物质的量保持不变 d.每生成1 mol SO3的同时消耗1 mol NO2
③测得②中反应5 min末到达平衡,此时容器中NO与NO2的体积比为3︰1,则这段时间内SO2的反应速率υ(SO2)= ,此反应在该温度下的平衡常数K= 。
(3)甲醇日趋成为重要的有机燃料,通常利用CO和H2合成甲醇,其反应的化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。今在一容积可变的密闭容器中,充有10 mol CO和20 mol H2,用于合成甲醇。CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(P)的关系如图所示:
①上述合成甲醇的反应为 反应(填“放热”或“吸热”)。
②A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为 。
③若将达到平衡状态A时生成的甲醇用于构成甲醇一氧气燃料电池,电解质溶液为KOH浓溶液,则该电池工作时正极的电极反应式为 ,理论上通过外电路的电子最多为 mol。
正确答案
(1)(2分) SO2、NO2 (2)(8分)① ②ad ③0.075mol/(L•min) 9
(3)(6分)①放热(1分) ②Ka=Kb>KC(1分) ③O2 + 2H2O + 4e-=4OH-(2分) 30(2分)
试题分析:(1)SO2和NO2排入大气中最终分别变为硫酸和硝酸,从而形成酸雨。CO不能形成酸雨。
(2)①若已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=a kJ·mol-1、2NO(g)+O2(g)
2NO2(g) ΔH=b kJ·mol-1,则根据盖斯定律可知前者减去后者即得到反应2SO2(g)+2NO2(g)
2SO3(g)+
2NO(g),因此反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH=
kJ·mol-1。
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、根据反应式可知,反应前后气体的体积不变,因此压强始终是不变,则体系压强保持不变不能说明反应达到平衡状态;b、颜色的深浅与NO2的浓度有关系,所以当混合气体的颜色保持不变时,则说明NO2的浓度不再发生变化,因此反应达到平衡状态;c、NO的物质的量保持不变说明正逆反应速率相等,达到平衡状态;d、每生成1 mol SO3的同时,一定消耗1 molNO2,因此该关系是始终成立的,不能说明反应达到平衡状态,答案选ad。
③ SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)
起始量(mol) 1 1 0 0
转化量(mol) x x x x
平衡量(mol) 1-x 1-x x x
由于平衡时容器中NO与NO2的体积比为3︰1
则3-3x=x
解得x=0.75mol
所以平衡时消耗SO2的浓度是0.75mol÷2L=0.375mol/L
则这段时间内SO2的反应速率υ(SO2)=0.375mol/L÷5min=0.075mol/(L•min)
由于反应前后体积不变,所以可以用物质的量代替浓度计算平衡常数
则此反应在该温度下的平衡常数K==9
(3)①根据图像可知,在压强不变的条件下,随着温度的升高,CO的转化率降低。这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,因此正方应是放热反应。
②平衡常数只与温度有关系,A和B两点温度相同,则平衡常数相等。升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,所以三点平衡常数的大小关系是Ka=Kb>KC。
③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。所以在燃料电池中燃料在负极通入,氧气或空气在正极通入。由于电解质是氢氧化钾溶液,显碱性,所以正极电极反应式为O2 + 2H2O + 4e-=4OH-;根据图像可知A点CO的转化率是0.5,则平衡常数生成甲醇的物质的量是10mol×0.5=5mol。甲醇中碳元素的化合价是-2价,反应后被氧化为+4价,失去6个电子,所以5mol甲醇反应转移电子的物质的量是5mol×6=30mol。
(I某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以NH4+和NH3·H2O的形式存在。在微生物作用下,NH4+经过两步反应被氧化成NO3-,两步反应的能量变化示意图如下:
(1)1 mo1NH4+(aq)全部氧化成NO3-(aq)的热化学方程式是 _ 。
(2)在一定条件下,向废水中加入CH3OH,将HNO3还原成 N2,若该反应消耗32gCH3OH转移6mol电子,则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是_ 。
(B)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术
将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式如下:2NO十2CO2CO2+ N2 △H
某温度下用气体传感器测得不同的时间的NO和CO浓度如下表:
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)在上述条件下反应能够自发进行,则反应的△H 0(填写“>”、“<”、“=”)
(2)在该温度下,反应的平衡常数K= (只写出计算结果);
(3)某同学设计了三组实验,分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,
部分实验条件如下表:
该同学画出了表中三个实验条件下,混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,请在图上标明各条曲线的实验编号;
正确答案
(I)(1)NH4+(aq)+2O2(g)=2H+(aq)+NO3-(aq)+H2O(l)
△H=-346kJ·mol-1
(2)5:6
(Ⅱ)(1)<
(2)5000
(3)见图
试题分析:(I)(1)NH4+(aq)+2O2(g)=2H+(aq)+NO3-(aq)+H2O(l)
1 mo1NH4+(aq)全部氧化成NO3-(aq)的热化学方程式中△H为第一步反应和第二部反应之和即为:-346kJ·mol-1;(2)32gCH3OH的物质的量为1mol,转移电子6mol表示氧化剂HNO3得到6mol电子,由于HNO3中N元素有+5价将为N2中的0价因此需要1.2molHNO3参与反应。因此参加反应的还原剂CH3OH和氧化剂HNO3的物质的量之比是5:6。
(Ⅱ)(1)此反应为气体体积缩小的反应△S<0,由于反应能够自发进行因此△G=△H-T△S<0,因此
△H<0
(2) 2NO + 2CO 2CO2 + N2
始:10.0×10-4 3.6×10-3 0 0
变:9.00×10-4 9.00×10-4 9.00×10-4 4.50×10-4
终:1.00×10-4 2.7×10-3 9.00×10-4 4.50×10-4
由公式计算可得K=5000
(3)Ⅱ对比I增加了催化剂的比表面积,催化剂只会缩短达到平衡的时间并不影响平衡的移动;Ⅲ对比Ⅱ提高了反应的温度,平衡向吸热方向移动,即向逆反应方向移动c(NO)提高。
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。
利用海水资源进行化工生产的部分工艺流程如图:
(1)流程I中,欲除去粗盐中含有的Ca2+、Mg2+、SO42-等离子,需将粗盐溶解后,按序加入药品进行沉淀、过滤等。加入药品和操作的顺序可以是 。
a.Na2CO3、NaOH、BaCl2、过滤、盐酸 b.NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、盐酸
c.NaOH、Na2CO3、BaCl2、过滤、盐酸 d.BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、盐酸
(2)流程II中,电解饱和NaCl溶液的离子方程式为 。通电开始后,阳极区产生的气体是 ,阴极附近溶液pH会 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)流程III中,通过反应得到NaHCO3晶体。下图为NaCl、NH4Cl、NaHCO3、NH4HCO3的溶解度曲线,其中能表示NaHCO3溶解度曲线的是 ,化学反应方程式是 。
(4)流程IV中,所得纯碱常含有少量可溶性杂质,提纯它的过程如下:将碳酸钠样品加适量水溶解、 、 、过滤、洗涤2-3次,得到纯净Na2CO3•10H2O,Na2CO3•10H2O脱水得到无水碳酸钠,已知:
Na2CO3·H2O(s)==Na2CO3(s)+H2O(g) ΔH1=+58.73kJ·mol-1
Na2CO3·10H2O(s)==Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g) ΔH2=" +473.63" kJ·mol-1
把该过程产生的气态水完全液化释放的热能全部用于生产Na2CO3所需的能耗(不考虑能量损失),若生产1molNa2CO3需要耗能92.36kJ,由此得出:H2O(g)==H2O(l) △H = 。
正确答案
(16分)
(1)bd(3分,只选b或d得1分,全对得3分,凡其它有错答案不得分)。
(2) 2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑(2分,写“通电”不扣分、漏反应条件、无“↑”、未配平只扣1分); Cl2(或氯气)(1分),增大(1分)
(3)d (2分) NaCl + CO2 + NH3 + H2O="=" NaHCO3↓+ NH4Cl(2分,未写“↓”扣1分)
(4)蒸发浓缩 冷却结晶(2分) — 44.00 kJ/mol(3分,无单位扣1分,没有符号“-”的不得分)
试题分析:(1)a项,虽然能除去杂质及过量碳酸钠和氢氧化钠,但是过量氯化钡没有除去,故a选项错误;b项,既能除去杂质及过量的氢氧化钠、氯化钡、碳酸钠,又不引入新的杂质,故b选项正确;c项,虽然能除去杂质及过量的氢氧化钠、碳酸钠,但是过量的氯化钡没有除去,故c选项错误;d项,既能除去杂质及过量的氯化钡、碳酸钠、氢氧化钠,又不引入新的杂质,故d选项正确;(2)用惰性电解饱和食盐水可以制备氢氧化钠、氢气、氯气,该反应实质为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑;阴离子移向阳极,氯离子比氢氧根离子容易失去电子,发生氧化反应,产生黄绿色的气体,即氯气;阳离子移向阴极,氢离子比钠离子容易得到电子,发生还原反应,则阴极产生无色气体,即氢气,由于氢离子被消耗,则阴极附近氢离子浓度减小,所以阴极附近溶液的pH增大;(3)流程III的反应属于复分解反应,即NaCl+NH3+CO2+H2O==NaHCO3↓+NH4Cl(或者NH3+H2O==NH3•H2O、NH3•H2O+CO2==NH4HCO3、NH4HCO3+NaCl="=" NaHCO3↓+NH4Cl),该反应能够发生的原因是NH4HCO3、NaCl的溶解度均大于NaHCO3,则图中溶解度最小的d表示NaHCO3;(4)由于被提纯物和杂质都是可溶物,杂质可能是NaCl等,根据混合物分离提纯的方法推断,应选择结晶法分离出碳酸钠晶体,因此需要将碳酸钠样品加适量水溶解、蒸发浓缩、冷却结晶或降温结晶、过滤、洗涤,得到纯净的Na2CO3•10H2O,Na2CO3•10H2O脱水得到无水碳酸钠;先将已知两个热化学方程式编号为①②,观察发现①+②可得③Na2CO3·10H2O(s)==Na2CO3 (s)+10H2O(g) ΔH3=" +532.36" kJ·mol-1,依题意可知④Na2CO3·10H2O(s)==Na2CO3 (s)+10H2O(l) ΔH4=" +92.36" kJ·mol-1,观察发现(④—③)/10可以得到:H2O(g)="=" H2O(l) ΔH=(ΔH4—ΔH3)/10=" —44" kJ·mol-1。
运用化学反应原理研究氮、硫、氯、碘等单质及其化合物的反应有重要意义
(1)硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3; 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),混合体系中SO3 的百分含量和温度的关系如下图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态).根据图示回答下列问题,
①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的△H 0
(填“>”或“<”):若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”)
②若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1,K2,则K1 K2;反应进行到状态D时,
(填“>”“<”或“=”)
(2)氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农 业生产、生活中有着重要作用,
①如图是一定的温度和压强下N2和H2反应生成lmolNH3过程中能量变化示意图,请写出工业合成氨的热化学方程式:
(△H的数值用含字母Q1、Q2的代数式表示)
②氨气溶于水得到氨水,在25℃下,将a mol·L-1的氨水与b mol·L-1的盐酸等体积混合,反应后溶液显中性,则c(NH4+) c(Cl-)(填“>”、“<”或“=”);用含a和b的代数式表示出该混合溶液中氨水的电离平衡常数 .
(3)海水中含有大量的元素,常量元素如氯,微量元素如碘,其在海水中均以化合态存在,在25℃下,向0.1L0.002mol·L-l的NaCl溶液中逐滴加入适量的0.1L0.002mol·L-l硝酸银溶液,有白色沉淀生成,从沉淀溶解平衡的角度解释产生沉淀的原因是 ,向反应后的浊液中继续加入0.1L0.002mol·L-1的NaI溶液,看到的现象是 ,产生该现象的原因是(用离子方程式表示) 。
(已知:25℃时KSP(AgCl)=1.6×l0-10 KSP(AgI)=1.5×l0-16)
正确答案
(1)①< 向左 (2分)
②> > (2分)
(2)①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=2(Q1-Q2)KJ/mol (3分)
②= (1分) (1分)
(3)C(Ag+)·C(Cl-)>KSP(AgCl) (1分) 白色沉淀变成黄色(1分)
AgCl(s)+I-(aq)=AgI(s)+Cl-(ag) (2分)
试题分析:(1))①由图可知,温度越高,混合体系中SO3的百分含量越小,说明升高温度平衡向逆反应进行,即向左移动,升高温度向吸热反应方向移动,即该反应正反应为放热反应;恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气,体积应增大,反应混合物各组分的浓度降低,等效为降低压强,压强降低平衡向体积增大方向移动,即向左移动.
②温度升高,平衡向吸热方向移动,即向逆反应移动,K值减小,K1>K2,D状态未达平衡,混合体系中SO3的百分含量小于平衡时的,反应向正反应进行,所以V正>V逆,
(2)①由图可知,N2和H2反应生成1molNH3放出的热量为(Q1-Q2)kJ,该反应的热化学反应方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=2(Q1-Q2)KJ/mol ,
②amol·L-1氨水溶液和bmol·L-1盐酸溶液等体积混合后反应生成氯化铵溶液,溶液中存在电荷守恒,c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),溶液呈中性c(H+)=c(OH-),所以c(NH4+)=c(Cl―),混和后,溶液中c(NH3·H2O )= ,c(NH4+)=c(Cl―)=
mol/L,c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,
,答案:=,
(3)当溶液中离子的浓度商Qc=C(Ag+)·C(Cl-)>KSP(AgCl) 时,有沉淀产生;两者化学式所表示的阴阳离子个数比相同,溶度积越大,溶解性越大,即AgCl比AgI的溶解度大,物质由溶解度大的转化为溶解度更小的,所以由AgCl转化为更难溶的AgI,现象为白色沉淀转化为黄色沉淀,离子方程式为AgCl(s)+I-═AgI(s)+Cl-,
“节能减排”,减少全球温室气体排放,意义十分重大。二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一,科学家利用溶液喷淋“捕捉”空气中的
。
(1)使用过量溶液吸收
,反应的离子方程式为________;若含有3molNaOH的溶液“捕捉”了22.4L
气体(标准状况),则所得溶液中钠与碳元素的物料守恒关系式为__________(用离子浓度的关系式表示)。
(2)①以和
为原料可合成化肥尿素[
]。已知:
①
②
③
试写出和
合成尿素和液态水的热化学方程式__________。
②通过反应可转化为
,在催化剂作用下CO和
反应生成甲醇:
某容积可变的密闭容器中充有10molCO与20mol
,CO的平衡转化率(a)与温度、压强的关系如下图所示。
A.若A点表示在某时刻达到的平衡状态,此时容器的容积为VL,则该温度下的平衡常数K=__________;平衡状态B点时容器的容积_______VL。(填“大于”、“小于”或“等于”)
B.若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间_______
(填“>”、“<”或“=”)
C.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________(写出一种即可)。
正确答案
(1)CO2 + OH-=HCO3- c(Na+)=3[c(CO32—)+ c(HCO3—)+c(H2CO3)]
(2)①2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=—130.98KJ/mol;②a、0.01v2(mol.L-1)2 小于
b、> c、加压、降温或分离出甲醇
试题分析:(1)使用过量NaOH溶液吸收CO2生成碳酸氢钠,反应的离子方程式为CO2 + OH-=HCO3-
3molNaOH的溶液“捕捉”了1mol CO2气体,根据质量守恒定律钠是碳的3倍,所得溶液为碳酸钠和氢氧化钠的混合物,碳酸钠水解,溶液中含碳微粒有碳酸根、碳酸氢根和碳酸分子。钠与碳元素的物料守恒关系式为c(Na+)=3[c(CO32—)+ c(HCO3—)+c(H2CO3)];(2)①根据盖斯定律:①+②—③得NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=—130.98KJ/mol;②a:A点对应的α=0.5,CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g).
起始(mol) 10 20 0
转化(mol) 5 10 5
平衡(mol) 5 10 5
则K= C(CH3OH)/ C2(H2)C(CO),容器的体积为VL,代入数据计算得K=0.01v2(mol.L-1)2;B点与A点温度相同,B点压强大于A点,所以平衡状态B点时容器的容积VB小于VL;b、C点温度高于A点,温度越高反应速率越快,达平衡的时间越短,所以若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间tA>tB;C.在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率,根据平衡移动原理,可采取的措施是加压、降温或分离出甲醇。
甲醇是一种重要的化工原料。甲醇与水蒸气催化重整可获得清洁能源,具有广泛的应用前景。现有如下实验,在体积为1 L的密闭容器中,充入1mol CH3OH和1molH2O,一定条件下发生反应:CH3OH (g)+ H2O (g) CO2(g) +3 H2 (g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下表所示。
①已知:CH3OH (g)+ O2 (g)
CO2(g) + 2H2 (g) H1= —192.9kJ/mol
H2(g)+O2 (g)
H2 O(g) H2= —120.9kJ/mol
则甲醇与水蒸气催化重整反应的焓变△H3=_____ 。
②10~30 min内,氢气的平均反应速率v(H2)=___________mol/(L·min)。
③该反应的平衡常数表达式为K=__________________。
④下列措施中能使平衡时n(CH3OH)/n(CO2)减小的是(双选)___________。
A.加入催化剂 B.恒容充入He(g),使体系压强增大
C.将H2(g)从体系中分离 D.再充入1molH2O
(2)甲醇在催化剂条件下可以直接氧化成甲酸。
①在常温下,用0.1000 mol/L NaOH溶液滴定20. 00 mL 0.1000 mol/L 甲酸溶液过程中,当混合液的pH=7时,所消耗的V(NaOH)___(填“<”或“>”或“=”) 20. 00 mL。
②在上述滴定操作中,若将甲酸换成盐酸,请在图中的相应位置画出相应的滴定曲线。(1滴溶液约0.04mL)
正确答案
(1)①-72.0kJ/mol (3分)
② 0.06 (3分)
③
④CD (3分,全对才给分)
(2)①< (2分)
②(起点1(1分);20.00mL对应7(1分);两个突跃点(1分))(3分)
试题分析: (1)①根据盖斯定律和已知方程式,可得甲醇和水蒸气催化重整的方程式=①-②,所以焓变△H3=H1—H2=" —192.9kJ/mol" +120.9kJ/mol=-72.0kJ/mol。
②根据已知方程式可得反应速率v(H2) =3v(CO2)=3×(0.6 mol/L-0.2 mol/L)÷20min="0.06" mol/(L·min)。
③参与该反应的都是气体,所以该反应的平衡常数表达式为。
④要使n(CH3OH)/n(CO2)减小,则采取的措施必须能使反应的平衡正向移动,所以A项加入催化剂不能改变平衡,A错误;B项恒容充入氦气,体系整体压强增大,但是实际参与反应的气体浓度没有发生改变,所以平衡不移动,B错误;C项将氢气从体系和中分离,氢气浓度减小,平衡正向移动,C可行;D项再充入H2O,同样使平衡正向移动,D可行;故选CD。
(2)①甲酸是一元弱酸,如果甲酸和等浓度的氢氧化钠等体积混合,则酸碱恰好完全中和生成甲酸钠盐溶液,但是甲酸钠水解呈碱性,所以要是混合后的溶液呈中性,则加入的碱应该小于20. 00 mL。
②若将甲酸换成盐酸,则恰好中和时溶液呈中性,且消耗的碱与酸体积相等都是20.00ml,所以用氢氧化钠滴定盐酸,其滴定曲线满足一般规律,起点pH=1,在终点处消耗氢氧化钠体积约为20.00ml,且溶液pH在4.3-9.7之间存在突变,根据描述画出滴定曲线图应该为:
氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用,减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。
(1)上图是1 mol NO2气体和1 mol CO气体反应生成CO2气体和NO气体过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: ;
已知:N2 (g)+2NO2 (g) 4NO(g) △H=+292.3kJ·mol—1,
则反应: 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) 的△H= ;
(2)一定温度下,在体积为2L的恒容密闭容器中充入20 mol NO2和5 mol O2发生反应: 4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g);已知体系中n(NO2)随时间变化如下表:
①写出该反应的平衡常数表达式:K= ,已知:K3000C>K3500C,则该反应是 反应(填“放热”或“吸热”);
②反应达到平衡后,NO2的转化率为 ,若要增大NO2的转化率,可采取的措施有
A.降低温度
B.充入氦气,使体系压强增大
C.再充入NO2
D.再充入4 mol NO2和1 mol O2
③图中表示N2O5的浓度的变化曲线是 ,用O2表示从0~500s内该反应的平均速率v= 。
正确答案
(1)NO2(g)+ CO(g)=CO2(g)+NO(g) △H=-234kJ·mol—1 (2分)
-760.3kJ·mol—1 (2分)(2)c2(N2O5)/ [c4(NO2) ·c(O2)] (1分) 放热(1分)
49.6% (2分) AD(2分) C (1分) 0.00151 mol·L—1·s—1(1分)
试题分析:(1)该反应的焓变△H=E1﹣E2=134KJ/mol﹣368KJ/mol=﹣234KJ/mol,所以热化学方程式为:NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=﹣234kJ•mol﹣1,
N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180kJ•mol﹣1 ①
2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)△H=﹣112.3kJ•mol﹣1 ②
NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=﹣234kJ•mol﹣1 ③根据盖斯定律,②+③×2﹣①,得化学方程式为:2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)△H=(﹣112.3kJ•mol﹣1)+(﹣234kJ•mol﹣1)×2﹣(+180kJ•mol﹣1)=﹣760.3kJ•mol﹣1,故答案为:NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=﹣234kJ•mol﹣1;﹣760.3kJ•mol﹣1;(2)①化学平衡常数等于生成物的浓度系数次方之积除以反应物的浓度系数次方之积,所以K=;升高温度平衡常数减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,而升高温度平衡向吸热的方向移动,所以逆反应吸热,则正反应放热,故答案为:
;放;②根据表格可知1000S时反应达到平衡,已反应的NO2为:20mol﹣10.08mol=9.92mol,NO2的转化率为
×100%=49.6%;再通入一定量氮气,没有引起体系中4NO2(g)+O2(g)⇌2N2O5(g)各物质浓度的变化,所以平衡不移动,转化率不变,故答案为:49.6%;不变;③因反应物的浓度在减少,生成物的浓度再增加,根据方程式可知O2是NO2的反应速率的
,N2O5和NO2的反应速率的
,则a为NO2的变化曲线;c为N2O5的变化曲线,d为氧气的变化曲线,0~500s内反应的平均速率v(NO2)=
=6.04×10﹣3mol/(L•s),v(O2)=v(NO2)×
=1.51×10﹣3mol/(L•s),故答案为:c;1.51×10﹣3mol/(L•s).
汽车尾气中的NOx是大气污染物之一,科学家们在尝试用更科学的方法将NOx转化成无毒物质,从而减少汽车尾气污染。
(1)压缩天然气(CNG)汽车的优点之一是利用催化技术能够将NOx转变成无毒的CO2和N2。
①CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1<0
②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2<0
③CH4(g) +2NO2(g)N2(g) +CO2(g) +2H2O(g) △H3= 。(用△H1和△H2表示)
(2)在恒压下,将CH4(g)和NO2(g)置于密闭容器中发生化学反应③,在不同温度、不同投料比时,NO2的平衡转化率见下表:
①写出该反应平衡常数的表达式K= 。
②若温度不变,提高[n(NO2) / n(CH4)]投料比,则K将 。(填“增大”、“减小”或“不变”。)
③400 K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数 。
(3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪的工作原理示意图如图1
图1 图2
①NiO电极上NO发生的电极反应式: 。
②收集某汽车尾气经测量NOx的含量为1.12%(体积分数),若用甲烷将其完全转化为无害气体,处理1×104L(标准状况下)该尾气需要甲烷30g,则尾气中V(NO)︰V(NO2)=
(4)在容积相同的两个密闭容器内 (装有等量的某种催化剂) 先各通入等量的CH4,然后再分别充入等量的NO和NO2。在不同温度下,同时分别发生②③两个反应:并在t秒时测定其中NOx转化率,绘得图象如图2所示:
①从图中可以得出的结论是
结论一:相同温度下NO转化效率比NO2的低
结论二:在250℃-450℃时,NOx转化率随温度升高而增大,450℃-600℃时NOx转化率随温度升高而减小
结论二的原因是
②在上述NO2和CH4反应中,提高NO2转化率的措施有_________。(填编号)
A.改用高效催化剂 B.降低温度 C.分离出H2O(g) D.增大压强
E.增加原催化剂的表面积 F.减小投料比[n(NO2) / n(CH4)]
正确答案
(1) (1分)
(2)① (1分) 不变 (2分)
② 17.4% (2分)
(3)① NO+ O2 --2e- = NO2 (2分)
② 1 : 1 (2分)
(4)① 原因是:在250℃-450℃时,反应未达到平衡,反应还在正向进行。 (1分)
450℃-600℃时,反应已达平衡,所以,温度升高平衡逆向移动,NOx转化率随温度升高而减小。(其他合理答案也给分) (1分)
② BCF (2分)
试题分析:(1)即为目标方程式③,所以,
(2)① 该反应的平衡常数的表达式
② 平衡常数K不受浓度和压强的影响,只受温度的影响,温度不变K不变。
③ 400 K时,将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共0.04 mol,充入一装有催化剂的容器中,充分反应后,平衡时NO2的体积分数为:
CH4(g) + 2NO2(g) N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g)
n始 0.02 0.02 0 0 0
n转 0.006 0.02×0.6=0.012 0.006 0.006 0.012
n平 0.014 0.008 0.006 0.006 0.012
0.014 + 0.008 + 0.006 + 0.006 + 0.012 = 0.046
平衡时NO2的体积分数=
(3)连续自动监测氮氧化物(NOx)的仪器动态库仑仪实际上就是应用原电池原理,从图1可知Pt电极(通入O2的一极)为电池的正极,NiO电极(通入NO的一极)为电池的负极,O2 –可以通过固体电解质移向负极。所以,
① NiO电极上NO发生的电极反应式:NO+ O2 --2e- = NO2。
②1×104L(标准状况下)尾气中含NOx的体积为:1×104L×1.12% = 112L,
NOx的物质的量为:。
设NO和NO2的物质的量分别为x、y mol,根据反应化学方程式①和②:
① CH4(g) + 4NO2(g)4NO(g) + CO2(g)+2H2O(g)
16g 4 4
m 1 y y m 1 = 4y
② CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)
16g 4
m 2 (x+y) m 2 = 4(x+y)
则: x+y = 5;4(x+y)+ 4y = 30
解得:x ="2.5" mol =" 2.5" mol
所以,尾气中V(NO)︰V(NO2) =" 1" ︰ 1 。
(4)①从图2 变化曲线分析,结论二的原因是:在250℃-450℃时,反应未达到平衡,反应还在正向进行;故NOx转化率随温度升高而增大;在在450℃-600℃时反应已达到平衡状态,因为该反应是放热反应,此时温度升高平衡逆向移动,故 NOx转化率随温度升高而减小。
② 由上述NO2和CH4反应的化学方程式的特点分析可知: 该反应是放热反应;该反应是扩大气体体积的反应。所以要提高NO2转化率,可降低温度,降低温度能使平衡正向移动,从而提高NO2转化率;分离出H2O,相当于减小生成物的浓度,使平衡正向移动,从而提高NO2转化率;减小投料比[n(NO2) / n(CH4)],相当于增加反应物CH4的浓度,使平衡正向移动,从而增大NO2转化率。而使用催化剂只能改变反应速率,不影响平衡移动,故NO2转化率不会变化。增大压强,平衡逆移,NO2转化率会减小。因此选B C F。
I.工业上可用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
(1)“图1”表示反应中能量的变化,曲线 (填“a或b”)表示使用了催化剂;该反应的热化学方程式为 。
(2)若容器容积不变,下列措施可增大CO平衡转化率的是_____。
(3)其他条件不变,请在“图2”中画出温度为T2(且T2
II.向BaSO4沉淀中加入饱和碳酸钠溶液,充分搅拌,弃去上层清液,如此处理多次,可使BaSO4全部转化为BaCO3,发生的反应可表示为:BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)。
(4)现有0.20 mol BaSO4,加入1.0L 2.0mol/L的饱和Na2CO3溶液处理,假设起始的c(SO42-)≈0,平衡时,K=4.0×10-2,求达到平衡时发生转化的BaSO4的物质的量。(写出计算过程,计算结果保留2位有效数字)
正确答案
(16分)
(1)b(1分)
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-91kJ/mol (3分,方程式含状态符号正确给1分;反应热2分,其中单位写错扣1分,但结果或符号写错不给分,可逆符号也可以写成等号)
(2)BD(4分,答对1个给2分,但错选不给分)
(3)如图(2分,作图1分,标注1分)
(4)解:设发生转化的BaSO4的物质的量为x mol ,则平衡时c(SO42-)为x mol/L
BaSO4 + CO32- BaCO3 + SO42-
起始浓度/mol•L-1 2.0 0
变化浓度/mol•L-1 x x
平衡浓度/mol•L-1 2.0-x x
K==
= 4.0×10-2(2分,单位无写不扣分)
解得:x = 7.7×10-2 (或0.077) 即发生转化的BaSO4的物质的量为7.7×10-2 mol。(2分,单位及有效数字错误各扣1分)
试题分析:(1)读图,反应物能量高于生成物能量,该反应的焓变为-91kJ/mol,曲线b有2个峰,a只有1个峰,且前者的2个峰均低于后者的1个峰,说明b使用了催化剂,将1个化学反应变为2个先后或连续发生的化学反应,且降低了反应的活化能,但是对总反应的焓变无影响,所以该反应的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-91kJ/mol;(2)由于正反应是放热反应,其它条件相同时,升高温度平衡向逆反应方向移动,则CO平衡转化率减小,故A错误;甲醇是生成物,从平衡体系移走生成物,减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动,反应物平衡转化率增大,故B正确;由于容器容积不变,虽然充入氦气增大压强,但是平衡体系各组分的物质的量、物质的量浓度均不变,所以平衡不能移动,反应物平衡转化率保持不变,故C错误;再充入1molCO和2molH2,就是增大压强,由于正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,反应物的平衡转化率增大,故D正确;(3)读图,横坐标表示氢气和一氧化碳的起始组成比,纵坐标表示CO的平衡转化率;当氢气和一氧化碳的起始组成比为0时,CO的平衡转化率为0;当氢气和一氧化碳的起始组成比相同且不为零时,由于正反应是放热反应,降低温度平衡向正反应方向移动,CO的平衡转化率增大;当氢气和一氧化碳的起始组成比增大时,增大氢气的浓度,平衡向正反应方向移动,CO的平衡转化率增大;根据上述要点作图,可以画出温度为T2时,CO的平衡转化率随氢气和一氧化碳的起始组成比变化的示意图;(4)设硫酸钡溶解的物质的量为xmol,由于BaSO4 + CO32-
BaCO3 + SO42-中各物质的系数之比等于物质的量之比,则碳酸根离子、硫酸根离子的变化物质的量均为xmol,由于饱和碳酸钠溶液的体积为1L,由于c=n/V,则碳酸根离子、硫酸根离子的变化物质的量浓度均为xmol/L,由此推断该可逆反应中有关组分的(起始、变化、平衡)浓度,则:
BaSO4 + CO32- BaCO3 + SO42-
起始浓度/mol•L-1 2.0 0
变化浓度/mol•L-1 x x
平衡浓度/mol•L-1 2.0-x x
K==
= 4.0×10-2
解得:x = 7.7×10-2 (或0.077)
即发生转化的BaSO4的物质的量为7.7×10-2 mol。
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