- 化学平衡
- 共20016题
(1)钒触媒(V2O5)能加快SO2的氧化速率,此过程中SO2先与V2O5反应生成V2O4。该过程的化学方程式可表示为__________________________________________。
(2)为测定过程中混合气的SO2体积分数,选用0.0500 mol/L I2的标准溶液、淀粉溶液进行测定。已知:V(耗用I2标准溶液)="10.00" mL,V(采集烟气)="100.0" mL(已折算为标准状况),则烟气中SO2 的体积分数为_____________________。
(3)一定温度时,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图9所示。试分析工业生产中采用常压的原因是____________________。
图9
(4)在温度相同、体积均为1 L的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下。
已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH ="-98.3" kJ·mol-1。
容 器
甲
乙
丙
反应物投入量
2 mol SO2、1 mol O2
2 mol SO3
m mol SO2、n mol O2、
p mol SO3
c(SO3) /mol·L-1
1.4
1.4
1.4
能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
吸收c kJ
SO2或SO3的转化率
α1
α2
12.5%
则:α1+α2=_________________,p=________________mol,b+c=_______________kJ。
正确答案
(1)SO2+V2O5SO3+ V2O4(3分)
(2)0.112(3分)
(3)使用常压SO2就可以达到较高的转化率。(3分)
(4)1(2分), 1.6(2分),39.32(2分)
(1)根据反应物和生成物可知,方程式为SO2+V2O5SO3+ V2O4。
(2)SO2和碘反应的方程式为SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI,所以SO2的物质的量是0.0500 mol/L×0.01L=0.0005mol,其体积是0.0005mol×22.4L/mol=0.0112L,所以烟气中SO2 的体积分数为。
(3)根据图像可知使用常压SO2就可以达到较高的转化率,而增大压强会增加生产成本。
(4)根据甲、乙、丙可知平衡均是等效的。甲是反应物开始建立平衡,乙是生成物开始建立平衡,所以SO2和SO3的转化率之和是1。丙中SO3的转化率是0.125,平衡时SO3的物质的量是1.4mol,所以有p×(1-0.125)=1.4mol,解得p=1.6mol。根据反应式可知每消耗2mol三氧化硫,就吸收98.3 kJ热量,丙中消耗的三氧化硫是1.6mol×0.125=0.2mol,吸热是0.2×98.3 kJ/2=9.83kJ。乙中消耗三氧化硫是0.6mol×98.3 kJ/2=29.49kJ。所以共吸热29.49kJ+9.83kJ=39.32kJ。
在2L密闭容器内,800℃时反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K= 。
已知:>
,则该反应是 热反应。
(2)图中表示NO2的变化的曲线是 。用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v= 。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是 。
a.v(NO2)=2v(O2) b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2) d.容器内密度保持不变
(4)为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动是 。
a.及时分离除NO2气体 b.适当升高温度
c.增大O2的浓度 d.选择高效催化剂
正确答案
(1)K= (1分) 放热 (1分)
(2)b (1分) 1.5×10-3mol/(L·s)(2分)
(3)bc (2分) (4)c (1分)
试题分析:(1)根据平衡常数的定义可写成平衡常数的表达式;因为>
,说明温度升高,平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应。
(2)由表中数据可求出到平衡时NO的转化浓度为:(0.020mol-0.007mol)÷2L=0.0065mol•L‾1,则NO2增加的浓度为0.0065mol•L‾1,符合的曲线为b;v(O2)=1/2(0.020mol-0.008mol)÷2L÷2s=1.5×10-3mol/(L·s)。
(3)a、v(NO2)与v(O2)都表示正反应速率,错误;b、反应前后气体的物质的量不同,容器内压强保持不变,说明反应已达到平衡,正确;c、v逆 (NO)=2v正(O2)表示正反应速率等于逆反应速率,正确;d、根据质量守恒定律,气体的质量不变,容器为2L,密度为定值,不能作为平衡的判断依据,错误。
(4)a、及时分离除NO2气体,反应速率减小,不符合题意;b、因为正反应为放热反应,升温平衡向逆反应方向移动,不符合题意;c、增大O2浓度,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,正确;d、高效催化剂同等倍数的增大正、逆反应速率,平衡不移动,不符合题意。
镍具有优良的物理和化学特性,是许多领域尤其是高技术产业的重要原料。羰基法提纯粗镍涉及的两步反应依次为:
(1)Ni(S)+4CO(g) Ni(CO)4(g)+Q
(2)Ni(CO)4(g) Ni(S)+4CO(g)
完成下列填空:
(1)在温度不变的情况下,要提高反应(1)中Ni(CO4)的产率,可采取的措施有 、 。
(2)已知在一定条件下的2L密闭容器中制备Ni(CO)4,粗镍(纯度98.5%,所含杂质不与CO反应)剩余质量和反应时间的关系如右图所示。Ni(CO)4在0~10min的平均反应速率为 。
(3)若反应(2)达到平衡后,保持其他条件不变,降低温度,重新达到平衡时 。
a.平衡常数K增大 b.CO的浓度减小
c.Ni的质量减小 d.v逆[Ni(CO)4]增大
(4)简述羰基法提纯粗镍的操作过程。
正确答案
(1)及时移走Ni(CO)4,加压。
(2)0.05mol·L-min-。
(3)bc。
(4)先将粗镍和CO在50℃反应生成羰基镍,然后将羰基镍转移到另外一个中,升温至230℃热解得到纯镍。
(1)反应(1)是正向气体体积缩小的放热反应,因此根据平衡移动原理在温度不变的情况下采取可增大CO浓度,及时移走Ni(CO)4,加压的方法等提高产率;
(2)根据题意,反应的Ni为1 mol,则生成Ni(CO)4为1 mol,反应速率为1/(2×10)=0.05mol·L-min-;
(3)反应(2)是正向气体体积增大的吸热反应,则,降低温度平衡逆向移动,平衡常数K、CO的浓度、Ni的质量、v逆【Ni(CO)4】均减小;根据反应⑴⑵的特点可提纯粗镍。
【考点定位】 本题考查化学反应速率、平衡移动原理的应用。
已知,在一个有催化剂的固定容积的容器中加入2mol
和1mol
,在500℃时充分反应达平衡后
的浓度为w mol/L,放出热量b kJ。
(1)比较a______b(填>、=、<)
(2)下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知,表中(填“>”、“<”或“=”)
若在原来的容器中,只加入2mol 时充分反应达平衡后,吸收热量ckJ,
的浓度________(填>、=、<)w mol/L。
(3)在相同条件下要想得到2akJ热量,加入各物质的物质的量可能是
A.4mol和2mol
B.4mol
、2mol
和2mol
C.4mol和4mol
D.6mol
和4mol
(4)为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是___________。
A.及时分离出气体 B.适当升高温度
C.增大的浓度 D.选择高效的催化剂
正确答案
(1) > (1分) (2)< (1分) = (1分) (3) D (2分) (4) C (2分)
试题分析:(1)由于此反应是可逆反应,加入的2molA2和1molB2只能部分反应,故a>b。
(2)该反应为放热反应,温度升高,平衡常数减小,T1时的平衡常数大于T2时的平衡常数,所以T1
(3)在相同条件下要想得到2akJ热量,需要4molA2和2molB2反应,因为该反应为可逆反应,所以加入反应物一定大于4molA2和2molB2,只有D项符合。
(4)A、及时分离出C3气体 ,并不能加快反应速率,错误;B、适当升高温度,化学反应速率增大,因为该反应为放热反应,平衡向逆反应方向移动,错误;C项增大B2的浓度,使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动,正确;D、加入催化剂可以提高反应速率,但不能改变平衡,错误。
(7分)合成气的主要成分是一氧化碳和氢气,可用于合成二甲醚等清洁燃料.从天然气获得合成气过程中可能发生的反应有:
①CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)△H1=+206.1kJ/mol
②CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)△H2=+247.3kJ/mol
③CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H3
请回答下列问题:
(1)在一恒容密闭容器中进行反应①,测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示.反应进行的前5min内,(H2)= ;10min时,改变的外界条件可能是 .
(2)如图2所示,在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2,使甲、乙两容器初始容积相等.在相同温度下发生反应②,并维持反应过程中温度不变.已知甲容器中CH4的转化率随时间变化的图象如图3所示,请在图3中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图象
(3)反应③中△H3= .800℃时,反应③的化学平衡常数K=1.0,某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表:
此时反应③中正、逆反应速率的关系式是 (填代号).
a.v(正)>v(逆) b.v(正)<v(逆)
c.v(正)=v(逆) d.无法判断.
正确答案
(1) 0.3mol/(L•min) 升高温度
(2).
(3)﹣41.2kJ/mol a
试题分析:(1)由图1可知,前5min内甲烷的浓度变化为0.50 mol·L-1,根据v=△c/△t计算v(CH4)= 0.1mol/(L•min)结合反应速率之比等于化学计量数之比计算可得v(H2)= 0.3mol/(L•min),注意写清单位;由图1可知,10min时甲烷的浓度继续减小,该反应向正反应方向移动,而该反应为吸热反应,则改变的条件可能为升高温度。(2)由图1结合题意知甲容器的反应条件为等温等容,乙容器的反应条件为等温等压,甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2,且甲、乙两容器初始容积相等,甲的体积不变,乙的压强不变,则假定甲不变,乙中发生CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g),其体积增大,则相当于压强减小,化学平衡向正反应方向移动,乙容器中CH4的转化率增大,但压强小,反应速率减慢,则达到平衡的时间变长,由此可画出图像。(3)根据盖斯定律可知,①-②可得反应③,则△H3=+206.1kJ/mol-(+247.3kJ/mol)=-41.2kJ/mol;800℃时,反应③的K=1.0时,四种气体在同一密闭容器中,体积相同,则物质的量与浓度成正比,由表格中的数据计算得Q<K,该反应向正反应方向移动,则正反应速率大于逆反应速率,即选a。
溶液中,反应A+2BC分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度均为c(A)="0.100" mol/L、c(B )="0.200" mol/L及c(C )="0" mol/L。反应物A的浓度随时间的变化如图所示。
请回答下列问题:
(1)与①比较,②和③分别仅改变一种反应条件。所改变的条件和判断的理由是:② ;③ 。
(2)实验②平衡时B的转化率为 ;实验③平衡时C的浓度为 。
(3)该反应的ΔH 0,其判断理由是 。
(4)该反应进行到4.0 min时的平均反应速率:实验②:v(B)= 。
正确答案
(1)加催化剂;达到平衡的时间缩短,平衡时A的浓度未变 温度升高;达到平衡的时间缩短,平衡时A的浓度减小
(2)40%(或0.4) 0.06 mol/L
(3)> 升高温度平衡向正反应方向移动,故该反应是吸热反应
(4)0.014 mol/(L·min)
这是一道数形结合的反应原理试题,关键是找出图形中①②③三条曲线的转折点:达到平衡的时间①>③>②,但A的平衡浓度关系是①=②>③,说明②是使用了催化剂,③是升高温度。
(1)②使用了(正)催化剂;理由:因为从图像可看出,两者最终的平衡浓度相同,即最终的平衡状态相同,而②比①所需要的时间短,显然反应速率加快了,故由影响反应速率和影响平衡的因素可知是加入(正)催化剂;③升高温度;理由:因为该反应是在溶液中进行的反应,所以不可能是改变压强引起速率的改变,又由于各物质起始浓度相同,故不可能是改变浓度影响反应速率,再由于③和①相比,③达平衡所需时间短,平衡时浓度更小,故不可能是加催化剂,而只能是升高温度来影响反应速率的。
(2)不妨令溶液为1 L,则②中达平衡时A转化了0.04 mol,由反应计量数可知B转化了0.08 mol,所以B的转化率为×100%=40%;同样③中A转化了
0.06 mol,则生成C为0.06 mol,体积不变,即平衡时c(C)="0.06" mol/L。
(3)ΔH>0;理由:由③和①进行对比可知升高温度后A的平衡浓度减小,即A的转化率升高,平衡向正反应方向移动,而升温是向吸热的方向移动,所以正反应是吸热反应,ΔH>0。
(4)从图上读数,进行到4.0 min时,实验②A的浓度为:0.072 mol/L,则Δc(A)=0.100-0.072=0.028(mol/L),v(A)=Δc(A)/Δt= =
0.007 mol/(L·min),所以 v(B)="2v(A)=0.014" mol/(L·min)。
(12分)对碳及其氧化物的化学热力学、动力学研究有助于人类充分利用化石燃料,消除碳氧化物对环境的负面影响。请回答下列问题:
(1) 25℃时,石墨和CO的燃烧热分别为:393.5kJ/mol、283.0kJ/mol。请写出石墨不完全燃烧时的热化学方程式 ;
(2)25℃时,反应2CO2 (g)2CO(g)+O2(g)的平衡常数K=2.96×10-92。在一个体积可变的密闭容器(起始时的容器体积为1L)中充入一定量的CO2、CO、O2混合气体,要使容器中的反应开始时向CO2分解的方向移动,则起始时充入的三种气体的物质的量应满足的关系是 。当该反应在25℃时达到平衡后,其它条件不变时,升高温度或增加容器的压强,均能使该平衡发生移动,请在下列坐标中作出该反应的平衡常数K随温度(T)、压强(P)变化而变化的示意图:
(3) 1 600℃时,反应2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)的平衡常数K=1×108。经测定,汽车尾气中CO和CO2气体的浓度分别为4.0×10-5mol/L和4.0×10-4mol/L。若在汽车的排气管上增加一个1 600℃的补燃器并不断补充O2使其浓度始终保持为4.0×10-4mol/L。则CO的补燃转化率为 ;
(4)以CO和O2为电极燃料,以熔融K2CO3为电解质组成燃料电池,请写出该电池的负极反应方程式 。
正确答案
(1)C(石墨)+1/2O2(g)==CO(g) △H="—110.5kJ/mol(" 2分)
(2)[ c2(CO)·c(O2)] / c2(CO2)< 2.96×10-92 ( 2分)
(每图2分,只要求大概示意图正确即可)
(3)94.5% ±0.5%( 2分) (4)CO-2e-+CO32-=2CO2( 2分)
写热化学方程式时要标明状态,温度不变平衡常数不变。CO-2e-+CO32-=2CO21 600℃时,反应2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)的平衡常数K=1×108。经测定,汽车尾气中CO和CO2气体的浓度分别为4.0×10-5mol/L和4.0×10-4mol/L。
(12分)联合国气候变化大会于2009年12月7-18日在哥本哈根召开。中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40 %~45 %。
(1)有效“减碳”的手段之一是节能。下列制氢方法最节能的是 。(填字母序号)
(2)CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH=-49.0 kJ/mol,
测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如右图所示。
①写出由CO2和H2制取甲醇的反应的平衡常数表达式 _
②从3 min到10 min,v(H2)= mol/(L·min)。
正确答案
(12分)
(1)C(2分)
(2)①K = C(CH3OH)C(H20) / (C(CO2)C3(H2)) (2分)②0.1 (2分) ③ D(2分)④CD(2分)
(3)C2H6O+16OH--12e-=2CO32-+11H2O(2分)
略
一定温度下,在2L密闭容器中NO2和O2可发生下列反应: 4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g)+5286 kJ已知体系中n(NO2)随时间变化如下表:
(1)能说明该反应已达到平衡状态的是 。
A.v(NO2)=4v(O2) B.容器内压强保持不变
C.v逆(N2O5)=2v正(O2) D.容器内密度保持不变
(2)反应达到平衡后,NO2的转化率为 ,此 时若再通入一定量氮气,则NO2的转化率将 (填“增大”、“减小”、“不变”)。
(3)图中能表示N2O5的浓度变化的曲线是 ,用O2表示从0~500s内该反应的平均速率v= 。
(4)能使该反应的反应速率增大,且平衡向正应方向移动的是 。
A.及时分离出NO2气体 B.适当升高温度
C.增大O2的浓度 D.选择高效催化剂
正确答案
(1)B、C(2分)
(2)49.6% 不变 (2分)
(3)c 0.00151 mol·l-1·s-1 (2分)
(4)C (2分)
试题分析:(1)能说明该反应4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g)已达到平衡状态的是:A.v(NO2)=4v(O2)没有说明反应的方向,无法证明而C.v逆(N2O5)=2v正(O2)可以; B.由于该反应是一个体积发生变化的反应,如果没有达到平衡压强肯定发生变化,故容器内压强保持不变可以说明;D.容器内密度始终保持不变无法说明;故选BC。
(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9.92/20×100%=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1/4,N2O5和NO2的反应速率的1/2,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
,
故答案为:c;1.51×10-3mol/(L•s)。
(4)A.及时分离出NO2气体平衡左移动,且速率减小,错误; B.适当升高温度速率增大但平衡左移,错误; C.增大O2的浓度满足,正确; D.选择高效催化剂不会使平衡移动,错误,故选C。
工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)某研究小组分别在体积均为2L的恒容密闭容器中加入一定量的反应物,使其发生反应,相关数据如下:
(1)计算容器②中反应的平衡常数K=_____________(计算结果保留两位小数)。
(2)容器③中反应达平衡时,CO的转化率为____________。
(3)容器①中反应达平衡这段时间,化学反应速率=__________。
(4)该反应的正反应为_______(填“吸热”或“放热”)反应,理由是____________。
(5)下列叙述正确的是____________(填字母序号)。
a.平衡时,容器①和容器②中CO2的体积分数相等
b.反应达平衡状态时,Q2>Q1>32.8kJ
c.达到平衡的时间:t2>t1>2.5min
d.该反应的热化学方程式可表示为:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H= -41kJ/mol
正确答案
(1)0.17(2)80℅(3)0.04mol/L(4)吸热 升高温度,反应物的转化率增大。(5)a
试题分析:(1)化学平衡常数只跟反应温度有关,而与投料方式无关,对于①②化学平衡常数一样。K={C(CO2)·C(H2)}∕{C(CO)·C(H2O)}=(0.2×0.2) ∕{(0. 5-0.2) ×(1-0.2)}=1∕6=0.17.(2)对于容器③达到化学平衡时二氧化碳、氢气的平衡浓度为0.8mol∕L,则消耗的CO、 H2O的浓度也是0.8mol∕L。所以C(CO)(平衡)=(1-0.8)mol∕L=0.2 mol∕L;C(H2O)(平衡)=(2-0.8)mol∕L=1.2 mol∕L。 CO的转化率为:(0.8∕1)×100℅=80℅。(3)容器①中反应达平衡这段时间,化学反应速率V(H2)=ΔC(H2) ∕Δt={(0.4-0) mol∕2L}∕5min=0.04 mol∕(L·min) (4) 容器②假设CO转化浓度为X,K={C(CO2)·C(H2)}∕{C(CO)·C(H2O)}=X2 ∕{(1-X) ×(2-X)} =1∕6.解得X=0.4 mol∕L.所以CO转化率为:(0.4∕1)×100℅=40℅。容器②③只是温度不同,起始投料相同,但CO的转化率前者是40℅,后者是80℅。可见反应物的转化率增大。根据勒夏特列原理可知升高温度化学平衡向吸热方向移动。故正反应是吸热反应。(5) a.容器①和容器②中投料比例相同,反应又是在相同温度下进行,所以反应物的转化率相同,产物的含量即体积分数相同,正确。b.该反应是气体体积相等的可逆反应。改变压强平衡不移动。由于容器②的物质的量是①的2倍,所以能量转化也是①的2倍。即Q1=32.8kJ。容器③与②比较:③温度高升。升高温度化学平衡向正反应方向移动。转化时能量变化比②多。达平衡状态时,Q2>Q1所以反应达平衡状态时,Q2>Q1=32.8kJ。错误。c.在其它条件不变的情况下,增大反应物的浓度,化学反应速率越快;升高温度,化学反应速率越快,达到平衡所需时间就越短。所以达到平衡的时间:t2 CO2(g)+H2(g) △H= +41kJ/mol。错误。
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