- 化学平衡
- 共20016题
科学家利用太阳能分解水生产的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇(CH3OH).已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热分别为285.8kJ•mol-1、283.0kJ•mol-1和726.5kJ•mol-1.
请回答下列问题:
(1)写成表示H2(g)的燃烧热的热化学方程式:______.
(2)用太阳能分解36g水消耗的能量是______kJ.
(3)CH3OH(l)不完全燃烧生成一CO和液态水的热化学方程式为.______.
(4)在容积为2L的恒容密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,其反应方程式为:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),实验结果如图所示:
①试写出上述反应的平衡常数的表达式______;
②处于A点的反应体系从T1变到T2,达平衡时______(填”“增大”、“减小”或“不变”).
③保持温度时,将1molCO2和3molH2,充分反应后达平衡,若CO2转化率为a,则容器内平衡时压强与起始压强之比为______.
④下列图象分别代表焓变(△H)、混合气体平均相对分子质量()、n(H2)和混合气体密度(ρ)与反应时间的关系,其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是______(填标号).
正确答案
解:(1)H2(g)的燃烧热分别为285.8kJ•mol-1、,据热化学方程式的含义,H2的标准燃烧热的热化学方程式为:H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol,故答案为:H2(g)+
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol;
(2)H2(g)的燃烧热△H为-285.8kJ•mol-1知,1molH2(g)完全燃烧生成1molH2O(l)放出热量285.8kJ,即分解1mol H2O(l)为1mol H2(g)消耗的能量为285.8kJ,36g水的物质的量为2mol,则分解2mol H2O(l)消耗的能量为285.8kJ×2=571.6kJ,
故答案为:571.6kJ;
(3)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1,则
①CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1
由盖斯定律可知用②-①得反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l),
该反应的反应热△H=-726.5kJ•mol-1-(-283.0kJ•mol-1)=-443.5kJ•mol-1,
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1;
(4)①根据平衡常数的定义再结合方程式CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),可知平衡常数的表达式为:K=,
故答案为:K=;
②处于A点的反应体系从T1变到T2,升高温度,平衡向逆反应方向移动,达到平衡时,氢气物质的量增大、甲醇的物质的量减小,故达平衡时增大,故答案为:增大;
③由化学平衡的三段模式法计算可知,
CO2 (g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
起始 1 3 0 0
变化 a 3a a a
平衡 1-a 3-3a a a
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比,
则容器内的压强与起始压强之比为=(1-a+3-3a+a+a):(1+3)=(2-a):2,
故答案为:(2-a):2;
④A.对与固定的反应焓变是固定不变的,与平衡状态无关,故A错误;
B.随着反应的进行,气体物质的量减小,气体的质量不变,则混合气体平均相对分子质量逐渐增大,当混合气体平均相对分子质量不变时即是平衡状态,故B正确;
C.n(H2)不变,正逆反应速率相等,即是平衡状态,故C正确;
D.容器的体积不变,气体的质量守恒,则混合气体的密度始终不变,所以混合气体的密度不变时,不一定是平衡状态,故D错误;
故答案为:BC.
解析
解:(1)H2(g)的燃烧热分别为285.8kJ•mol-1、,据热化学方程式的含义,H2的标准燃烧热的热化学方程式为:H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol,故答案为:H2(g)+
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol;
(2)H2(g)的燃烧热△H为-285.8kJ•mol-1知,1molH2(g)完全燃烧生成1molH2O(l)放出热量285.8kJ,即分解1mol H2O(l)为1mol H2(g)消耗的能量为285.8kJ,36g水的物质的量为2mol,则分解2mol H2O(l)消耗的能量为285.8kJ×2=571.6kJ,
故答案为:571.6kJ;
(3)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1,则
①CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1
由盖斯定律可知用②-①得反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l),
该反应的反应热△H=-726.5kJ•mol-1-(-283.0kJ•mol-1)=-443.5kJ•mol-1,
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1;
(4)①根据平衡常数的定义再结合方程式CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),可知平衡常数的表达式为:K=,
故答案为:K=;
②处于A点的反应体系从T1变到T2,升高温度,平衡向逆反应方向移动,达到平衡时,氢气物质的量增大、甲醇的物质的量减小,故达平衡时增大,故答案为:增大;
③由化学平衡的三段模式法计算可知,
CO2 (g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
起始 1 3 0 0
变化 a 3a a a
平衡 1-a 3-3a a a
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比,
则容器内的压强与起始压强之比为=(1-a+3-3a+a+a):(1+3)=(2-a):2,
故答案为:(2-a):2;
④A.对与固定的反应焓变是固定不变的,与平衡状态无关,故A错误;
B.随着反应的进行,气体物质的量减小,气体的质量不变,则混合气体平均相对分子质量逐渐增大,当混合气体平均相对分子质量不变时即是平衡状态,故B正确;
C.n(H2)不变,正逆反应速率相等,即是平衡状态,故C正确;
D.容器的体积不变,气体的质量守恒,则混合气体的密度始终不变,所以混合气体的密度不变时,不一定是平衡状态,故D错误;
故答案为:BC.
工业上以黄铁矿为原料生产硫酸,其中重要的一步是催化氧化:
2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g),△H=-196.6kJ•mol-1
(1)生产中为提高反应速率和SO2的转化率,下列措施可行的是______(填字母).
A.向装置中充入N2
B.向装置中充入过量的O2
C.使用更高效的催化剂
D.升高温度
(2)在一密闭容器中充入4mol SO2和一定量O2,当放出353.6kJ热量时,SO2的转化率最接近于______(填字母).
A.40% B.50% C.80% D.90%
(3)580℃时,在一密闭容器中充入一定量的SO2和O2,当反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0×10-3mol•L-1、8.0×10-3mol•L-1和4.4×10-2mol•L-1.该温度下反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)的平衡常数K=______.
(4)硫酸工业尾气中二氧化硫含量超过0.05%(体积分数)时需要加以处理后才能排放.现用右图所示装置测定尾气中SO2的含量,当通入尾气11.2L(标准状况下测定)时,碘水恰好褪色.通过计算说明,该尾气能否直接排放(写出计算过程).______.
正确答案
解:(1)A.向装置中充入N2,化学平衡不会移动,不会提高二氧化硫转化率,故A错误;
B.向装置中充入过量的O2,化学平衡正向移动,会提高二氧化硫转化率,故B正确;
C.使用更高效的催化剂,不会引起化学平衡的移动,不会提高二氧化硫转化率,故C错误;
D.升高温度,化学平衡逆向移动,二氧化硫的转化率减小,故D错误.
故选:B.
(2)设反应的二氧化硫为x,则
2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g),△H=-196.6kJ•mol-1
2mol 196.6kJ
x 353.6kJ
,解得x=3.6mol,
所以SO2的转化率为×100%=90%,
故选:D.
(3)反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0×10-3mol•L-1、8.0×10-3mol•L-1和4.4×10-2mol•L-1.该温度下反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)的平衡常数K==
=6.72×103,
故答案为:6.72×103;
(4)根据反应SO2+I2+2H2O═H2SO4+2HI,n(SO2)=n(I2)=20×10-3 L×0.025 mol/L=0.0005 mol,V(SO2)=0.0005 mol×22.4 L/mol=0.0112 L
V(SO2)%=×100%=0.1%>0.05%,故不能直接排放,
故答案为:反应中SO2+I2+2H2O═H2SO4+2HI,n(SO2)=n(I2)=20×10-3 L×0.025 mol/L=0.0005 mol,V(SO2)=0.0005 mol×22.4 L/mol=0.0112 L,V(SO2)%=×100%=0.1%>0.05%,故不能直接排放.
解析
解:(1)A.向装置中充入N2,化学平衡不会移动,不会提高二氧化硫转化率,故A错误;
B.向装置中充入过量的O2,化学平衡正向移动,会提高二氧化硫转化率,故B正确;
C.使用更高效的催化剂,不会引起化学平衡的移动,不会提高二氧化硫转化率,故C错误;
D.升高温度,化学平衡逆向移动,二氧化硫的转化率减小,故D错误.
故选:B.
(2)设反应的二氧化硫为x,则
2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g),△H=-196.6kJ•mol-1
2mol 196.6kJ
x 353.6kJ
,解得x=3.6mol,
所以SO2的转化率为×100%=90%,
故选:D.
(3)反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0×10-3mol•L-1、8.0×10-3mol•L-1和4.4×10-2mol•L-1.该温度下反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)的平衡常数K==
=6.72×103,
故答案为:6.72×103;
(4)根据反应SO2+I2+2H2O═H2SO4+2HI,n(SO2)=n(I2)=20×10-3 L×0.025 mol/L=0.0005 mol,V(SO2)=0.0005 mol×22.4 L/mol=0.0112 L
V(SO2)%=×100%=0.1%>0.05%,故不能直接排放,
故答案为:反应中SO2+I2+2H2O═H2SO4+2HI,n(SO2)=n(I2)=20×10-3 L×0.025 mol/L=0.0005 mol,V(SO2)=0.0005 mol×22.4 L/mol=0.0112 L,V(SO2)%=×100%=0.1%>0.05%,故不能直接排放.
向一密闭容器中充入1molN2和3molH2,在-定条件下发生反应N2+3H2⇌2NH3,下列有关说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、当达到化学平衡时,各物质的量保持不变,所以N2的浓度保持不变,故A正确;
B、可逆反应不可能完全转化,所以氨气的物质的量小于2mol,故B错误;
C、化学平衡状态是动态平衡,平衡时.正反应和逆反应的速率都大于0,故C错误;
D、当反应达到化学平衡时,N2、H2、NH3的分子数比可能是1:3:2,也可能不是,与各物质的转化率有关,故D错误;
故选A.
(2015秋•吉林校级期中)体积相同的甲、乙两个容器中,分别都充有等物质的量的SO2和O2,在相同温度下发生下列反应:2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g),并达到平衡.在这过程中甲容器压强保持不变,乙容器保持体积不变,若甲容器中SO2的转化率为p%,则乙容器中SO2的转化率( )
正确答案
解析
解:先假定甲、乙的体积都不变,达到平衡后再保持甲的压强不变,此反应是气体体积减小的反应,因此,待等体积达平衡后,欲保持甲的压强不变,就需要缩小体积.缩小体积时,甲相对于乙的压强增大,平衡正向移动.所以,若甲容器中SO2的转化率为P%,则乙的SO2的转化率将小于甲的,即小于P%.
故选C.
已知Cl2和H2O(g),在一定条件下达成下列平衡,2Cl2(g)+2H2O(g)⇌4HCl(g)+O2(g);△H>0下列的操作X改变时,下列量Y的变化符合如图曲线的变化的是( )
正确答案
解析
解:A、加入氧气化学平衡会向着逆反应方向进行,氯化氢的浓度减小,故A正确;
B、因为反应是吸热反应,升高温度,平衡正移,平衡常数增大,故B错误;
C、增大压强,可逆反应向着气体分子数减小的方向进行可知,该反应向着氯气增加的方向进行,故C错误;
D、催化剂只能改变反应进行的快慢,并不能影响反应平衡的移动,所以氧气的物质的量不变,故D错误.
故选A.
当一定条件下,对于一个可逆反应当正反应速率和逆反应速率______ 时,化学反应已达到平衡状态,如果此时增大反应物浓度平衡向______ (填“正反应”或“逆反应”)方向移动,如果升高体系的温度,平衡向______ (填“吸热”或“放热”)反应方向移动,对于有气体参加的反应,如果减小压强,会使平衡向气体体积______ (填“增大”或“减小”) 的反应方向移动.
正确答案
相等
正反应
吸热
增大
解析
解:化学平衡状态的标志是正逆反应速率相等,化学反应已达到平衡状态,如果此时增大反应物浓度平衡向正反应方向移动,如果升高体系的温度,平衡向吸热反应方向移动,对于有气体参加的反应,如果减小压强,会使平衡向气体体积增大的反应方向移动,
故答案为:相等;正反应;吸热;增大.
某温度下,已知反应mX(g)+nY(g)⇌qZ(g)△H>0,m+n>q,在体积一定的密闭容器中达到平衡,下列叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、X、Y表示的反应速率之比等于方程式的系数之比,且达到平衡时,正逆反应速率相等,即平衡时,v正(X)=v逆(Y),故A正确;
B、降低温度,化学平衡向着放热方向进行,即向逆方向进行,的值变大,故B错误;
C、增加Y的物质的量,平衡正向移动,X的转化率增大,故C错误;
D、加入X,反应的△H不会发生变化,故D错误.
故选A.
T1℃时,向容积为2L的密闭容器中充入一定量的A气体和B气体,发生如下反应:A(g)+2B(g)⇌C(g)反应过程中测定的部分数据见下表:
下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A.由表中时间可知,10min内A的浓度变化量为1mol-0.5mol=0.5mol,由方程式可知C的浓度变化量为0.5mol,故v(C)==0.025 mol•L-1•min-1,故A错误;
B.由表中数据可知,10min内A的浓度变化量为1mol-0.5mol=0.5mol,由方程式可知B的浓度变化量为2×0.5mol=1mol,10s时B浓度为0.2mol,10min时到达平衡,由方程式可知C的浓度变化量为0.5mol.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.50 mol A气体和0.60 mol B气体,等效为原平衡体积增大一倍,降低压强,A的转化率降低,故平衡时n(C)<0.25 mol,故B正确;
C.在达到平衡后持续缩小容器体积,压强增大,若B物质液化,平衡不移动,故C错误;
D.由表中时间可知,10min内A的物质的量变化量为1mol-0.5mol=0.5mol,A的浓度变化量为=0.25mol/L,则:
A(g)+2B(g)⇌C(g)
开始(mol/L):0.5 0.6 0
变化(mol/L):0.25 0.5 0.25
平衡(mol/L):0.25 0.1 0.25
故该温度下平衡常数k==100,
降低为T2℃时,上述反应平衡常数为20,降低温度,平衡向逆反应进行,故正反应为吸热反应,故D错误;
故选B.
如图所示,左侧注射器吸入10mLNO2、N2O4的混合气体,右侧注射器吸入10mL空气,且U型管内两侧液面保持水平位置(液体不与气体反应),现将两侧注射器活塞同时快速向内推到5mL,下列说法不正确的是(忽略温度变化)( )
正确答案
解析
解:A、在左侧体系中存在反应2NO2(g)⇌N2O4(g),增大压强导致平衡正向移动,所以左侧气体体积压强小于右侧,左边液面上升,液面左高右低,故A错误;
B、增大压强平衡向气体体积减少的方向移动,所以向生成N2O4的方向移动,故B正确;
C、左侧压缩体积变小,二氧化氮的浓度变大气体颜色先变深,后平衡正向移动颜色逐渐变浅,平衡移动的结果是减弱而不是抵消,所以颜色比原来深,故C正确;
D、重新拉到10mL的位置,温度和压强与起始时相同,所以气体的体积不变,所以平衡后U型管两侧液面仍然保持水平,故D正确;
故选A.
相同容积的四个密闭容器中进行同样的可逆反应:2A(g)+B(g)⇌3C(g)+2D(g)起始时四个容器所盛A、B的物质的量分别为在相同温度下建立平衡时,A或B的转化率大小关系正确的是( )
正确答案
解析
解:将起始时情况作如下排列:
2A(g)+B(g)⇌3C(g)+2D(g)
甲 2 mol 1 mol
乙 1 mol 1 mol
丙 2 mol 2 mol
丁 1 mol 2 mol
A越少B越多,A的转化率越高,则A转化率最高的为丁,最低的为甲;乙与丙相比较,丙相当于在乙的基础上再分别增加1 mol A和1 mol B,因是恒容为加压,平衡逆向移动使A的转化率减小,故A的转化率丁>乙>丙>甲,同理得B的转化率:甲>乙>丙>丁;
故选:D.
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