- 化学平衡
- 共20016题
(12分)现在普遍应用的工业合成氨的方法是哈伯于1905年发明的,但此法反应物的转化率不高。
(1)已知1 mol N2(g)与适量H2(g)完全反应,当生成NH3(g)0.1mol时,放出9.22kJ热量,写出反应的热化学方程式: 。
(2)若该反应在298K、398K时的化学平衡常数分别为K1、K2,则K1 K2(填“>” “="”" 或 “<” )。
(3)在一定温度下,向容积不变(始终为10L)的密闭容器中加入2 mol N2、8 mol H2 及固体催化剂。10分钟后反应达到平衡状态,容器内气体压强变为起始的80%,此时氨气的体积分数为 ,用氮气表示的反应速率: 。若想提高氨气的产率,根据化学平衡移动原理,请提出合理的建议: (任意写一条)。
(4)在上述相同条件下,若起始时加入4 mol NH3、2 mol H2及固体催化剂,反应达到平衡时NH3的体积分数比(3)中 (填“大”、“小”或“相等”)。
(5)随着对合成氨研究的发展,2001年两位希腊化学家提出了电解合成氨的方法,即在常压下把氢气和用氦气稀释的氮气,分别通入一个加热到570℃的电解池中,采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)为介质,用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极,实现了常压、570℃条件下高转化率的电解法合成氨(装置如右图)。在电解法合成氨的电解池中 (填“能”或“不能”) 用水作电解质溶液的溶剂,原因是 。
钯电极A是电解池的 极(填“阳”或“阴”),该极上的电极反应式是 。
正确答案
(1)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H =-184.4 kJ·mol-1 (2分)
(2) > (1分)
(3)25% (2分) ;0.01mol/(L·min) (1分);增大氢气浓度或增大氮气浓度或增大反应物浓度或降温或增大压强或及时转移走生成的氨(其它合理答案均得分)(1分)
(4)相等 (1分)
(5)不能;新法合成氨电解池的反应温度是570℃时,水为水蒸气;
阴; N2 + 6e-+6H+ ="=" 2NH3 (4分,各1分)
(1)在热化学方程式中,物质的系数表示参加该反应的各物质的物质的量:生成NH3(g)0.1mol时,放出9.22kJ热量,则生成NH3(g)2mol时,放出9.22kJ×20="184.4" kJ热量,故正确的热化学方程式为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H =-184.4 kJ·mol-1;
(2)由(1)得:△H<0,正向为放热反应,升温平衡逆向移动,则K1>K2;
(3) N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
n0 2mol 8mol 0
△n x 3x 2x
n(平衡) 2-x 8-3x 2x
由PV=nRT,得:在恒温、恒容条件下,P1/P2=n1/n2,
即P1/(80%×P1)=(2mol+8mol)/[(2-x)+(8-3x)+2x],求解,得:x="1" mol;
氨气的体积分数=2x/[(2-x)+(8-3x)+2x]= 25%;
用氮气表示的反应速率=(2x/10)mol·L-1÷10 min=0.01mol/(L·min);
若想提高氨气的产率,即使平衡正向移动;
(4)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
n0’ 0 2mol 4mol
与(3)的初始态相当,则(3)、(4)为“等效平衡”关系,故反应达到平衡时NH3的体积分数比(3)中相等;
(5)有图,得:向A极通入氮气,反应后生成氨气,则N由0价降低为-3价,也就是说N发生了得电子的还原反应,而发生还原反应的电极定义为阴极
在常温条件下,将0.05 mol·L的盐酸与未知浓度的NaOH溶液以1:2的体积比混合,所得溶液的PH为2。用上述 NaOH溶液与某一元弱酸HA 20.0mL反应,恰好中和时消耗NaOH溶液10.0mL,所得溶液PH为10。求:
(1)C( NaOH)。
(2)C(HA)。
(3)盐类水解程度的大小可用“水解度(h)”来表示。对于NaA型盐的水解度(h)表示为:h =(已水解的物质的量÷原来总物质的量)×100﹪。求上述所得NaA溶液的水解度。
正确答案
(1)0.01 mol·L-1 (2)0.005 mol·L-1 (3)3%
HCL---------NaOH--------HA
(0.05 mol·L.x-----C( NaOH).2x)/3x=0.02 C( NaOH)=" 0.01" mol·L-1 C(HA)="0.005" mol·L-1
C( NaOH).10-C(HA).20=30.10-4
NaA溶液的水解度=3%
(8分)在一恒容密闭容器中发生某化学反应2A(g) B(g)+C(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℃,B、C的起始浓度都为0,反应物A的浓度(mol·L-1)随时间(min)的变化如图所示:
试回答下列问题:
(1)在实验Ⅰ中,反应在20 min至40 min内A的平均反应速率为____ ______。
(2)实验Ⅱ和实验I相比,可能隐含的反应条件是_______________ ______________。
(3)根据实验Ⅲ和实验Ⅰ的比较,可推测该反应降低温度,平衡向_____(填“正”或“逆”)反应方向移动,该正反应是_________(填“放热”或“吸热”)反应。
(4)与实验Ⅰ相比,若实验Ⅰ中的A的起始浓度改为0.8 mol·L-1,其它条件不变,则达到平衡时所需用的时间___________实验Ⅰ(填写“大于”、“等于”或“小于”)。
正确答案
(共8分) (1)0.0075(7.5×10-3) mol·L-1·min-1 (2分) ; (2)实验Ⅱ使用了催化剂 (2分) ;
(3)逆 (1分);吸热 (1分) ; (4)大于 (2分)
(1)由图像可知实验Ⅰ时,在20 min时A的浓度为0.65 mol·L-1,40 min时A的浓度为0.50 mol·L-1所以反应速率
(2)相同温度下由图可知实验Ⅱ和实验I在平衡时A的浓度相同,说明二者的平衡相同,但是实验Ⅱ比试验I达到平衡所需要的时间较短,实验Ⅱ反应速率较快,平衡不变,只是加快了反应速率则实验Ⅱ可能使用了催化剂。
(3)分析实验Ⅲ和实验Ⅰ的平衡状态并联系温度可以得出温度越高平衡时A的浓度越低,说明温度越高平衡向消耗A的方向进行(即正反应方向),可得到温度越高,平衡向正反应方向进行,反之,降低温度平衡向逆反应方向进行,又升高温度向吸热方向进行,则可得出正反应方向即为吸热反应方向。
(3)若实验Ⅰ中的A的起始浓度改为0.8 mol·L-1,其它条件不变,由于反应物的浓度降低所以反应速率减小,达到平衡的时间会延长,所用的时间会大于实验Ⅰ。
(4分)下列方法中可以证明3H2+N2 2NH3已达平衡状态的是___ _____
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol NH3
②一个H—H键断裂的同时有两个H—N键断裂
③百分组成N2%=NH3% ④反应速率ν(H2)正=3ν(N2)逆时
⑤c(NH3) ∶ c(H2) ∶ c(N2)=2 ∶3∶ 1时
⑥温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化
⑦温度和体积一定时容器内压强不再变化
⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑨条件一定,混合气体的总质量不再变化
正确答案
略
(10分)常温下,将0.02molNaOH和0.1molNH4Cl溶于水配成1L溶液,
(1)(6分)该溶液中存在的三个平衡体系为_______ __ 、_ _、 _____ _ _ ___。
(2)(2分)溶液中共有 种不同的粒子。
(3)(2分)物质的量之和为0.1mol的两种粒子是___ __、 。
正确答案
(10分)(1)(6分)NH3·H2O NH4++OH-,NH4++H2O
NH3·H2O+H+,H2O
H++OH- (2)(2分) 7 (3)(2分)NH4+、NH3·H2O
略
氢气是工业上重要的原料。
(1)氢气用于工业合成氨 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g);ΔH =" -92.2" kJ·mol-1。
① 一定温度下,在容积恒定的密闭容器中,一定量的N2和H2反应达到平衡后,改变某一外界条件,反应速率与时间的关系如下图所示,其中t4 ﹑t5﹑t7时刻所对应的实验条件改变分别是
t4 t5 t7 。
②温度为T℃时,将2amolH2和amolN2放入0.5L密闭容器中,充分反应后测得N2的转化率为50﹪,此时放出热量46.1 kJ。则该温度下反应的平衡常数为 。
(2)工业上大量的氢气来源于焦炭与水蒸气高温下的反应:
C(s) + H2O(g) H2(g) + CO(g) △H =" +131.3" kJ/mol
①该反应在低温下不能自发进行的原因是 。
②恒温,在容积可变的密闭容器中,进行如上可逆反应。一段时间后,下列物理量不发生变化时,能表明该反应已达到平衡状态的有:Ⅰ混合气体的密度;Ⅱ容器内气体的压强;Ⅲ混合气体的总物质的量; ⅣCO物质的量浓度 ( )
A.只有Ⅳ B.只有Ⅰ和Ⅳ C.只有Ⅱ和Ⅲ
D.Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ E.都可以
(3)在容积相同的两密闭容器A和B中,保持温度为423K,同时向A、B中分别加入amol及bmol碘化氢(a>b)待反应:2HI(g)H2(g)+I2(g) 达到平衡后,平衡时I2的浓度c(I2)A c(I2)B ;平衡时HI的分解率αA αB ;平衡时H2在混合气体中的体积分数A B (填写“>”“<”“=”)
正确答案
(1)①t4 加入正催化剂 t5 减小NH3浓度 t7 降温
② 4.0
(2)①该反应⊿H>0 ⊿S>0 根据⊿G = ⊿H–T⊿S 低温。⊿G>0不能自发
② D
(3) > ; = ; =
略
铁及其化合物与生产、生活关系密切。
(1)下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①该电化腐蚀称为 。
②图中A和B区域相比较,腐蚀较慢的是 (填字母)。
(2)实验室经常用到FeCl3溶液,在配制FeCl3溶液时常需加入少量 的 ;将FeCl3溶液和碳酸氢钠溶液混合,将产生红褐色沉淀和无色气体,该反应的离子方程式为 。
(3)已知t℃时,反应FeO(s)+CO(g)Fe( s) +CO2(g)的平衡常数K= 0.25。
①t℃时,反应达到平衡时n(CO2):n(CO)=
②若在1L密闭容器中加人0.02 mol FeO(s),并通入x mol CO,t℃时反应达到平衡。此时
FeO(s)转化率为50%,则x= 。
正确答案
(1)吸氧腐蚀 A (2) 盐酸 (3)4;1 0.05
试题分析:B中接触了水和氧气,更加容易被腐蚀,制备氯化铁加入盐酸主要是防止氯化铁发生水解。衡常数是指在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,
但需要注意但是固体和纯液体的浓度视为常数,不能出现在表达式中,
则K=
所以n(CO2):n(CO)=1;4
(3)由于FeO(s)转化率为50%即参与反应的FeO为0.01摩尔,则消耗0.01摩尔一氧化碳,生成0.01摩尔的二氧化碳。所以在 平衡时,氧化亚铁的量为0.01、一氧化碳为X-0.01摩尔,二氧化碳为0.01摩尔,据化学平衡常数计算公式可得0.04=X—0.01即X=0.05摩尔
向2L密闭容器中通入amol 气体A和bmol气体B,在一定条件下发生反应:
xA(g)+yB(g) pC(g)+qD(g)
已知:平均反应速率vC=vA/2;反应2min 时,A的物质的量减少了1/3,B的物质的量减
少了a/2 mol,有a mol D生成。请计算回答:(写出计算过程)
(1)反应2min内,v(A) =__________________
(2)化学方程式中,x= 、y= 、p= 、q= 。
(3)平衡时,D为 2a mol,此时B的物质的量浓度为?
正确答案
(1)(2) 2 3 1 6 (3)
平均反应速率vC=vA/2,所以x︰p=2︰1。反应2min 时,A的物质的量减少了1/3,B的物质的量减少了a/2 mol,有a mol D,所以x︰y︰q=2︰3︰6,即x︰y︰p︰q=2︰3︰1︰6。反应2min内,v(A)=。
2A(g)+3B(g) C(g)+6D(g)
起始量(mol) a b 0 0
转化量(mol) 2ª/3 a a/3 2ª
平衡量(mol) a/3 (b-a) a/3 2ª
所以平衡时B的物质的量浓度为
(7分)830K时,在密闭容器中发生下列可逆反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H<0试回答下列问题:
(1)若起始时c(CO)=2mol·L-1,c(H2O)=3mol·L-1,达到平衡时CO的转化率为60%,则在该温度下,该反应的平衡常数K= 。
(2)在相同温度下,若起始时c(CO)=1mol·L-1,c(H2O)=2mol·L-1,反应进行一段时间后,测得H2的浓度为0.5 mol·L-1,则此时该反应是否达到平衡状态 (填“是”与“否”),此时v(正) v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”),你判断的依据是 。
(3)若降低温度,该反应的K值将 ,该反应的化学反应速率将 (均填“增大”“减小”或“不变”)。
正确答案
(7分)(1)1 (2)否、大于 因为
(3)增大 减小
(1)依据平衡计算的三步法,可推知在平衡时CO的浓度为0.8mol/L,H2O浓度为1.8mol/L,CO2浓度为1.2mol/L,H2的浓度为1.2mol/L.再根据K值计算公式得到:K=1.
(2)以0.5mol/LH2来计算,K值是小于1的,所以没有达到平衡状态,由于K值小于1,那说明产物的浓度还需要提高,反应还应朝正方向进行,V正〉V逆.
(3)该反应是一个放热反应,降低温度,平衡正向移动,生成物浓度升高,反应物浓度降低,K值变大.但是降低温度会使分子运动速率减慢,化学反应速率也会减小.
某温度下向1L密闭容器中充入1mol N2和3 mol H2,使反应N2+3H2
2NH3达平衡,平衡混合气中N2、H2、NH3的浓度分别为M、N、G(mol/L).如果温度不变,只改变初始物质的加入量,要求M、N、G保持不变,则N2、H2、NH3的加入量用x、y、z表示时应满足的条件是:
①若x=0,y=0,则z= ;
②若x="0.75" mol,则y= ,z= ;
③x、y、z取值必须满足的一般条件是(用含x、y、z方程表示,其中一个含x、z,另一
个含y、z) 。
若将上述条件改为恒温、恒压,其它均不变,则
a.若x=0,y=0,则z= ;
b.若x="0.75" mol,则y= ,z= ;
c.x、y、z取值必须满足的一般条件是 。
正确答案
①2mol②y=2.25mol,z=0.5mol
③z=2-2x,z=2-2/3y;a、z>0;b、y=2.25mol,z≥0;c、y=3x,z≥0.
试题分析:①恒温恒容条件下,改变初始物质的加入量,达到平衡时各物质的浓度不变,意味着新平衡与原平衡是等效平衡。对于反应前后气体的物质的量变化的可逆反应而言,两次加入的物质的物质的量完全相同即可达到等效平衡,所以开始充入1mol N2和3 mol H2,相当于充入2mol NH3,则x=0,y=0时,z=2mol;
②同理x=0.75mol,氢气的物质的量是氮气的3倍,则y=2.25mol,此时相当于充入1.5mol的NH3,所以只需再充入0.5mol NH3,即可达到与原平衡等效,即z=0.5mol
③根据①②的数据可得,x、y、z满足的条件是z=2-2x,z=2-2/3y;
若改为恒温恒压条件,则只需加入的物质的物质的量对应成比例即可达到等效平衡。a、若x=0,y=0,则z为任意不为0的数值;b、若x="0.75" mol,开始时氢气的物质的量是氮气的3倍,氨气无论是多少,转化为氮气、氢气时,二者的物质的量之比都是1:3,所以y=2.25mol,z≥0;c、由以上分析可知恒温恒压下,达到与原平衡等效时x、y、z取值必须满足的一般条件是y=3x,z≥0.
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