- 化学平衡
- 共20016题
(10分)把N2和H2以1:1的物质的量比混合后分成四等份,分别同时充入A、B、C、D四个装有催化剂的真空容器中(四个容器的容积固定,且不等),在保持相同温度的条件下,四容器中的合成氨反应相继达到平衡状态。分析表中的实验数据后回答有关问题((2)(3)小题用A、B、C、D填空)。
(1)①②③分别为 、 、 。
(2)都达到平衡时, 容器的NH3的物质的量所占的比例最大。
(3)四个容器的容积由小到大的顺序是 。
正确答案
(1)10%、 6.25%、 12% (2)A (3)A<D<B<C
略
(8分)(2010·石家庄质量检测)在一密闭容器中发生反应N2+3H22NH3,达到平衡后,只改变某一个条件时,反应速率与反应时间的关系如图所示:
回答下列问题:
(1)处于平衡状态的时间段是________(填选项)。
A.t0~t1 B.t1~t2 C.t2~t3
D.t3~t4 E.t4~t5 F.t5~t6
(2)t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件是(填选项)
A.增大压强 B.减小压强 C.升高温度
D.降低温度 E.加催化剂 F.充入氮气
t1时刻________;t3时刻________;t4时刻________。
(3)依据(2)中的结论,下列时间段中,氨的百分含量最高的是________(填选项)。
A.t0~t1 B.t2~t3 C.t3~t4 D.t5~t6
(4)如果在t6时刻,从反应体系中分离出部分氨,t7时刻反应达到平衡状态,请在图中画出反应速率的变化曲线。
(5)一定条件下,合成氨反应达到平衡时,测得混合气体中氨气的体积分数为20%,则反应后与反应前的混合气体体积之比为________。
正确答案
(1)ACDF
(2)C E B
(3)A
(4)
(5)5 ∶6
(1)根据图示可知,t0~t1、t2~t3、t3~t4、t5~t6时间段内,v(正)、v(逆)相等,反应处于平衡状态。
(2)t1时,v(正)、v(逆)同时增大,且v(逆)增大得更快,平衡向逆反应方向移动,所以t1时改变的条件是升温。t3时,v(正)、v(逆)同时增大且增大量相同,平衡不移动,所以t3时改变的条件是加催化剂。t4时,v(正)、v(逆)同时减小,但平衡向逆反应方向移动,所以t4时改变的条件是减小压强。
(3)根据图示知,t1~t2、t4~t5时间段内平衡均向逆反应方向移动,NH3的含量均比t0~t1时间段的低,所以t0~t1时间段内NH3的百分含量最大。
(4)t6时刻分离出NH3,v(逆)马上减小,而v(正)逐渐减小,在t7时刻二者相等,反应重新达平衡,据此可画出反应速率的变化曲线。
(5)设反应前加入a mol N2,b mol H2,达平衡时生成2x mol NH3,则反应后气体总的物质的量=(a+b-2x)mol,=0.2,解得:a+b=12x,故反应后与反应前的混合气体体积之比===。
合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径,对化学工业技术也产生了重大影响。合成氨反应的化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·mol-1。合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到,H2可用甲烷或焦炭与水蒸气反应制得。
(1)在一容积固定的密闭容器中注入N2和H2两种气体,发生上述反应,在某温度下达到平衡时,各物质的浓度分别是:c(H2)=9.00 mol·L-1,c(N2)=3.00 mol·L-1,c(NH3)=4.00 mol·L-1,此温度下该反应的平衡常数K=________。
(2)在三个相同容器中各充入1 mol N2和3 mol H2,在不同条件下反应并达到平衡,氨的体积分数随时间变化的曲线如图所示。下列说法中正确的是________(填字母)。
(3)将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气,化学方程式为:C(s)+H2O(g)=H2(g)+CO(g)
ΔH=+131.3 kJ·mol-1,ΔS=+133.7J·K-1 ·mol-1
该反应在常温下能否自发进行?________(填“能”或“不能”)。
正确答案
(1)7.32×10-3 (2)D (3)不能
(1)K==7.32×10-3
(2)压强越大,φ(NH3)应该大,A错误。
改变压强,φ(NH3)改变,B错误。
温度越高,φ(NH3)越小,C错误。
催化剂增大速率,缩短达到平衡的时间,平衡不移动,D正确。
(3)ΔH-TΔS=131.3 kJ·mol-1-298 K×0.1337 kJ·K-1· mol-1=91.45 kJ·mol-1>0,所以不能自发进行。
(14分)高炉炼铁中发生的基本反应之一如下:
FeO(固)+CO(气) Fe(固)+CO2(气) △H﹤0。已知1100℃时,K=0.263。化学平衡常数只与温度有关,不随浓度和压强的变化而变化。
(1)其平衡常数可表示为K=_______ ,若温度升高,化学平衡移动后达到新的平衡,平衡常数K值_____(本小题空格填写:增大、减小或不变)
(2)1100℃时,测得高炉中c(CO2)="0.025" mol·L-1,c(CO)=0.1mol·L-1,在这种情况下该反应是否处于化学平衡状态_______ (选填“是”或“否”),此时化学反应速率是 υ正___υ逆(选填大于、小于或等于)其原因是___________。
(3)若平衡时,保持容器容积不变,使容器内压强增大,则平衡_______
A. 一定向正反应方向移动 B. 一定向逆反应方向移动
C. 一定不移动 D. 不一定移动
(4)欲提高CO的平衡转化率,可采取的措施( )
A. 减少Fe B. 增加FeO
C. 移出部分CO2 D. 提高反应的温度
E. 减小容器的体积 F. 加入合适的催化剂
正确答案
(14分,每空2分)(1)K=c(CO2)/c(CO) ;减小
(2) 否 大于 C(CO2)/C(CO)﹤0.263。(3)D (4)C
(1)平衡常数是在一定条件下,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K=c(CO2)/c(CO) ;正反应是放热反应,所以升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小。
(2)当c(CO2)="0.025" mol·L-1,c(CO)=0.1mol·L-1是K=0.025÷0.1=0.25<0.263,所以反应还没有达到平衡状态。
(3)保持容器容积不变,使容器内压强增大,但物质的浓度不一定变化,所以平衡不一定发生移动,答案选D。
(4)铁、FeO都是是固体,不能影响平衡状态;移出部分CO2 ,即降低生成物的浓度,平衡向正反应方向进行,转化率增大;升高温度,平衡向逆反应方向移动,转化率降低;反应前后条件不变,减小容器的体积,平衡不移动;催化剂不能改变平衡状态,所以正确的答案选C。
(6分)有a、b两个等体积且极易导热的密闭容器,a保持容积不变,b中的活塞可上下移动,以保持内外压强相等。在相同条件下将3mol A,1mol B分别同时混合于a、b两容器中,发生反应:3A(g)+B(g)2C(g)+D(g)
(1)达到平衡时,a中A的浓度为M mol/L。A的转化率为N,b中A的浓度为m mol/L,A的转化率为n,则M____m;N_____n(填>、<、=、无法比较)
(2)保持温度不变,按下列配比分别充入a、b两容器,达平衡后,a中A的浓度为M mol·L-1的是
A 6mol A+2mol B B 3mol A+2mol C C 2mol C+1mol B+1mol D
D 2mol C+1mol D E 1.5mol C+0.5mol B+1mol C+0.5mol D
正确答案
(1)< < (2)D、E
(1)反应是一个体积减小的可逆反应。在反应过程中b中的压强始终大于a中的压强,所以b中的转化率大于a中的。由于b的体积小,所以A的浓度大于a中的。
(2)a是保持体积不变的,所以要使平衡等效,则换算后的物质的物质的量和最初的相同。选项C相当于3mol A+2mol B,选项D相当于是3mol A+1mol B,选项E相当于是3mol A+1mol B,所以答案是DE。
(8分)450K时下列起始体积相同的密闭容器中充入2mol SO2、1mol O2,其反应是2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);
△H=-96.56kJ/mol,△S=-190 J•mol-1•K-1。
甲容器在反应过程中保持压强不变,乙容器保
持体积不变,丙容器维持绝热,三容器各自建
立化学平衡。
(1)平衡常数:K (甲) K (乙) _ K(丙) (填“>”、“<”或“=”)。
(2)达到平衡时SO2的转化率:α(甲) _ α(乙) _ α(丙)(填“>”、“<”或“=”)。
(3)达到平衡后,若向甲、乙两容器中分别通入少量且等量Ar气体, 甲容器的化学平衡________移动,乙容器的化学平衡_________移动。(填“正向”、“逆向” 或“不”)
(4)通过计算确定5000C时正反应 ____ (填“能” 或“不能”)自发进行。
正确答案
(1)=" " > (2分)(2)> > (2分) (3)逆向、不(2分)
(4)能; △G=△H-T·△S =-96.56-500×(-0.19)= -1.56<0,(2分)
略
(12分)随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了各国的普遍重视。
⑴目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。为探究反应原理,现进行如下实验,在体积为1 L的密闭容器中,充入1mol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应:
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图所示。
①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=___________mol/(L·min)。
②该反应的平衡常数表达式为__________________。
③下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是___________。
⑵有人提出,可以设计反应2CO=2C+O2来消除CO的污染。请你判断是否可行并说出理由:______________________________________________。
正确答案
略
(8分)(2011·扬州调研)在2 L密闭容器中反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)在三种不同条件下进行,其中实验Ⅰ、Ⅱ都在800℃,实验Ⅲ在850℃,NO、O2的起始浓度都为0,NO2的浓度(mol·L-1)随时间(min)的变化如图所示。请回答下列问题:
(1)对比实验Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,得出的下列结论中正确的是( )
(2)若实验Ⅰ中NO2的起始浓度改为1.2 mol·L-1,其他条件不变,则达到平衡时所需用的时间________40 min(填“大于”、“等于”或“小于”),NO2的转化率将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)若实验Ⅰ中达平衡后,再向密闭容器中通入2 mol由物质的量之比为1 ∶1组成的NO2与NO混合气体(保持温度不变),则平衡将________移动,新平衡状态时NO2的物质的量浓度为________mol·L-1。
(4)若将实验Ⅲ所得的平衡混合气体通入足量的水中,欲使气体被完全吸收则至少应同时通入标准状况下的空气________L。(设空气中N2与O2体积比4 ∶1)
正确答案
(1)BD (2)小于减小(3)不 1.0 (4)56
(1)Ⅱ比Ⅰ达到平衡所需时间短,是因为使用了催化剂。而Ⅰ的平衡浓度大于Ⅲ的,则K1
(2)增大反应物浓度,反应速率加快,NO2转化率降低。
(3)由平衡常数可知,K=因为c(NO)=c(NO2),而c(O2)没变,平衡不移动。
(4)Ⅲ的平衡混合气体就相当于起始2 mol NO2气体所需V空气=5V(O2)=5×V(NO2)=5××2×22.4 L=56 L。
(14分)(2012•重庆)尿素[CO(NH2)2]是首个由无机物人工合成的有机物.
(1)工业上尿素由CO2和NH3在一定条件下合成,其反应方程式为 .
(2)当氨碳比=4时,CO2的转化率随时间的变化关系如图1所示.
①A点的逆反应速率v逆(CO2) B点的正反应速率v正(CO2)(填“大于”“小于”或“等于”).
②NH3的平衡转化率为 .
(3)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如图2所示.
①电源的负极为 (填“A”或“B”).
②阳极室中发生的反应依次为 、 .
③电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将 ;若两极共收集到气体13.44L(标准状况),则除去的尿素为 g(忽略气体的溶解).
正确答案
(1)2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O;
(2)①小于②30%
(3)①B②6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑,CO(NH2)2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl③ 不变,7.2
试题分析:(1)CO2和NH3合成CO(NH2)2,根据元素守恒可知,同时还有H2O生成,配平书写方程式;
(2)①由CO2的转化率随时间变化图可知在A点时反应还未达到平衡状态,反应仍将继续正向进行;
②设CO2的初始物质的量为a,则NH3的初始物质的量为4a,由图可知,CO2的转化率为60%,故转化的二氧化碳为0.6a,根据方程式计算转化的NH3的物质的量,再根据转化率定义计算;
(3)①根据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电的规律,结合本题图中的电极产物H2和Cl2可以判断出A为电源的正极,B为电源的负极;
②由图可知,阳极室首先是氯离子放电生成氯气,氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳,同时会生成HCl;
③阴极反应为:6H2O+6e﹣═6OH﹣+3H2↑(或6H++6e﹣═3H2↑)
阳极反应为:6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑,CO(NH2)2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl
根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH﹣、H+的数目相等,阳极室中反应产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与OH﹣恰好反应生成水,所以阴极室中电解前后溶液的pH不变;
由上述反应式可以看出,转移6 mol e﹣时,阴极产生3 mol H2,阳极产生1 mol N2和1 mol CO2,根据n=计算两极产生的气体的物质的量,利用气体中各组分的比例关系,计算n(N2)=n(CO2),再根据方程式计算尿素的物质的量,根据m=nM计算尿素的质量.
解:(1)CO2和NH3合成CO(NH2)2,根据元素守恒可知,同时还有H2O生成,化学方程式为:
2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O,故答案为:2NH3+CO2
CO(NH2)2+H2O;
(2)①由CO2的转化率随时间变化图可知在A点时反应还未达到平衡状态,反应仍将继续正向进行,故v逆(CO2)小于B点平衡时的化学反应速率,故答案为:小于;
②设CO2的初始物质的量为a,则NH3的初始物质的量为4a,由图可知,CO2的转化率为60%,故转化的二氧化碳为a×60%=0.6a,根据方程式可知,转化的NH3的物质的量为0.6a×2=1.2a,故平衡时氨气的转化率定为×100%=30%,
故答案为:30%;
(3)①由图可知,左室电极产物为Cl2,发生氧化反应,故A为电源的正极,右室电解产物H2,发生还原反应,故B为电源
的负极,故答案为:B;
②由图可知,阳极室首先是氯离子放电生成氯气,氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳,同时会生成HCl,阳极室中发生的反应依次为:6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑,CO(NH2)2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl,
故答案为:6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑,CO(NH2)2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl;
③阴极反应为6H2O+6e﹣═6OH﹣+3H2↑(或6H++6e﹣═3H2↑)
阳极反应为6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑,CO(NH2)2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl
根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH﹣、H+的数目相等,阳极室中反应产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与OH﹣恰好反应生成水,所以阴极室中电解前后溶液的pH不变;
由上述反应式可以看出,转移6 mol e﹣时,阴极产生3 mol H2,阳极产生1 mol N2和1 mol CO2,故电解收集到的13.44 L气体,物质的量为=0.6mol,即n(N2)=n(CO2)=0.6mol×
="0.12" mol,
根据方程式CO(NH2)2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl可知生成0.12 mol N2所消耗的CO(NH2)2的物质的量也为0.12 mol,其质量为:m[CO(NH2)2]="0.12" mol×60 g•mol﹣1="7.2" g,
故答案为:不变,7.2;
点评:考查化学平衡的计算、电解池原理与有关计算,难度较大,(3)中关键注意观察电极产物,判断发生的反应,注意根据方程式判断左室中PH值的变化.
(14分)有两只密闭容器A和B,A能保持恒容,B能保持恒压。起始时向容积相等的A、B中分别通入等量的NH3气体,使之发生反应:2NH3(g)3H2(g)+N2(g),并达到平衡。则:
(1)达到平衡所需要的时间:t(A) t(B),NH3的转化率:a(A) a(B) (填“>”、“=”或“<”)。
(2)反应过程中的反应速率:v(A) v(B) (填“>”、“=”或“<”)。
(3)达到平衡后,在两容器中分别通入等量的氦气。则B中的化学平衡向 反应方向移动,A中的化学反应速率 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)达到平衡后,向两容器中分别通入等量的原反应气体,再次达到平衡时,A容器中H2的百分含量 ,B容器中NH3的百分含量 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
正确答案
(1)<,<(2)>(3)正,不变(4)减小,不变
试题分析:A容器相当于B容器加压,所以A容器的速率快v(A)> v(B),t(A) < t(B)。增大压强平衡逆向移动,所以NH3的转化率:a(A)< a(B)。达到平衡后,A容器中通入氦气,不影响任何与反应有关的物质的浓度,反应速率不变,B容器中通入氦气,体积增大,相当于减压,平衡正向移动。达到平衡后,向两容器中分别通入等量的原反应气体,A容器相当于加压,平衡逆向移动,H2的百分含量减小,B容器体积增大,但是平衡不移动,NH3的百分含量不变。
点评:本题解决的关键就是要找出A、B两容器如何建立等效。
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