- 化学平衡
- 共20016题
在密闭的容器中,将CO和水蒸气的混合气体加热到800℃时,有下列平衡:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),且平衡常数K=1,若用2mol CO和10mol H2O(g)相互混合并加热到800℃,则CO的转化率为多少?
正确答案
83.3%
设CO转化的物质的量为x,则
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),
初始物质的量/mol: 2 10 0 0
转化物质的量/mol: x x x x
平衡物质的量/mol: 2—x 10—x x x
依题意,可得:K==1
(15分)“低碳循环”已引起各国家的高度重视,而如何降低大气中CO2的含量和有效地开发利用CO2正成为化学家研究的主要课题。
(l)用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒(杂质),这种颗粒可用如下氧化法提纯,请完成该反应的化学方程式:
(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应,得到如下两组数据:
①实验2条件下平衡常数K= __________。
②实验3,若900℃时,在此容器中加入CO、H2O、CO2、H2均为1mol,则此时
____________
(填“<”,“>”,“=”)。
③由两组实验结果,可判断该反应的正反应△H_____________0(填“<”,‘‘>”,“=”)。
(3)己知在常温常压下:
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:________________________
①已知该反应的△H>0,简述该设想能否实现的依据:________。
②目前,在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染,其化学反应方程式为__________。
(5)CO2在自然界循环时可与CaCO3反应,CaCO3是一种难溶物质,其Ksp=2.8× 10。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀,现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合,若Na2CO3溶液的浓度为1×10
mol/L,则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为__________mol/L。
正确答案
(1)5、4、6、5、4、2、6;(2)①0.17;②<;③<;
(3)CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) ∆H= -442.8KJ/mol;
(4)①该反应是焓增、熵减的反应,任何温度下均不能自发进行;②2CO+2NO2CO2+N2;
(5)1.12×10-4
试题分析:(l)该反应是氧化还原反应。根据氧化还原反应中电子转移数目与化合价升降总数相等可得该反应的方程式,配平为5C+4KMnO4+6H2SO4=5CO2↑+4MnSO4+2K2SO4+6H2O;(2) ①实验2条件下平衡常数=0.17。②实验3,若900℃时,在此容器中加入CO、H2O、CO2、H2均为1mol,由于生成物的浓度增大的多于反应物增大的浓度,因此在此时
<
。③在实验1条件下平衡常数
可见升高温度,化学平衡常数减小。说明升高温度,平衡逆向移动。根据平衡移动原理。升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动。逆反应方向为吸热反应,实验正反应为放热反应。因此该反应的正反应△H<0。(3) (①-②)÷2+③×2,整理可得CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) ∆H= -442.8KJ/mol;①由已知条件可知:该反应是焓增、熵减的反应,所以在任何温度下均不能自发进行;②目前,在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染,使其转化为无毒的大气的成分。该反应的化学反应方程式为2CO+2NO
2CO2+N2;(5) Ksp=c(Ca2+)·c(CO32-)=2.8×10
.由于溶液等体积混合后离子的浓度都减小一半,混合后c(CO32-)=5×10-5mol/L,所以Ca2+离子浓度的最小值是1/2c(Ca2+)×1/2×1×10
≥2.8×10
.解得c(Ca2+)≥1.12×10-4mol/L。
(12分)氨是氮循环过程中的重要物质,氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法。合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H
(1)若该反应在一定条件下能自发,则该反应的△H 0、△S 0(填“<”、“>”或“=”)。
(2)在恒容容器中,下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 。
(3)一定温度下,向2L密闭容器中充入1molN2和3molH2,保持体积不变,0.5min后达到平衡,测得容器中有0.4mol NH3,则平均反应速率v(N2)= ,该温度下的平衡常数K= 。若升高温度,K值变化 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)为了寻找合成NH3的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中。请在下表的①②处填入合适的实验条件数据。
正确答案
(1) < ,< (每空1分) (2) BD (2分)
(3) 0.2mol/(L· min) 、 0.058 、 减小 (每空2分)
(4)① 450(或480) 、② 10(或1) 。(每空1分)
(1)根据方程式可知△S<,又因为反应是自发的,所以△H<0。
(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。A中反应速率的方向相反,但满足速率之比是相应的化学计量数之比,不正确。B中反应速率的方向相反,且满足速率之比是相应的化学计量数之比,正确。反应前后体积减小,所以压强也是减小的,D可以说明。密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,C不正确。答案选BD。
(3)容器中有0.4mol NH3,则消耗氮气是0.2mol,所以其反应速率是0.2mol÷2L÷0.5min=0.2mol/(L·min)。平衡时氢气、氮气、氨气的浓度分别是1.2mol/L、0.4mol/L、0.2mol/L,所以平衡常数K=。正反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小。
(1)如果实验①②中温度相同,则压强就不同,反之亦然,同样实验②③中压强相同,温度就不同,反之亦然。
在体积为1L的两个恒容密闭容器中,分别充入1molCO和1molH2O(g)的混合气体,进行如下化学反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),反应物CO的物质的量在不同温度时物质的量随时间的变化如下表所示,回答下列问题:
(1)1100℃时,前10min该反应的化学反应速率v(CO2)= ,830℃平衡后CO转化率的为__________________。
(2)1100℃时化学平衡常数K=_______,该反应为________反应(填“吸热”和“放热”)。
(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是____________________。
(a)容器中压强不变 (b)混合气体中c(CO)不变
(c)v逆(H2)=v正(H2O) (d)c(CO2)=c(CO)
(4)1100℃时达到平衡后,若向容器中再充入2molCO和2molH2O(g),平衡_____________________移动(选填“向正反应方向”或“向逆反应方向”或“不”),再达到平衡时,H2百分含量________________(选填“增大”或“减小”或“不变”)。
(5)830℃时,若在体积为2L的密闭容器中充入1molCO2和1molH2的混合气体,60min时反应达平衡状态,画出c(CO)和c(H2)随时间变化而变化的趋势图。
正确答案
(1)0.025mol/(L·min) (1分) 50%(1分)
(2)4/9(或0.44)(2分) 放热(1分) (3)bc(2分)
(4)正反应方向(1分) 不变(1分)(5)见图(两条曲线各2分,没标物质各扣0.5分)
(1)1100℃时,前10min内CO的物质的量减少了0.25mol,所以生成CO2时0.25mol,则CO2的反应速率是0.25mol÷1L÷10min=0.025mol/(L·min) 。830℃平衡后剩余CO是0.5mol,所以,消耗CO是0.5mol,因此转化率是0.5÷1×100%=50%。
(2)1100℃平衡时CO(g)、H2O(g)、CO2(g)、H2(g)物质的量分别是0.6mol、0.6mol、0.4mol、0.4mol,所以平衡常数=。温度越高平衡时CO的物质的量越大,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应。
(3)在一定条件下,当可逆反应中正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),各种物质的浓度或含量均不再发生变化的状态,是化学平衡状态。所以b正确。平衡时浓度不再发生变化,但物质之间的浓度不一定相等或满足某种关系,d不正确。反应前后体积不变,所以压强始终是不变的,a不正确。C中反应速率的方向相反,且满足速率之比是相应的化学计量数之比,正确,所以答案选bc。
(4)增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动。但由于反应前后体积不变的,且CO和水蒸气额物质的量之比还是1︰1的,所以平衡是等效的,因此氢气的含量不变。
(5)由于反应前后体积不变,在平衡是等效的,但平衡时各种物质的浓度均减半,所以图像为(见答案)。
某状态下将1molO2、2molSO2和1molSO3的混合气体压入装有V2O5的密闭容器中平衡时测得混合气体对H2的相对密度为28.5。
求:①反应前混合气体的平均分子量;
②平衡混合气体的平均分子量;
③根据上述计算结果,写出原混合气发生反应的化学方程式;
④求反应的转化率。
正确答案
①=
②=2×28.5=57
③
④ 2SO3 2SO2 + O2
起始(mol): 1 2 1
转化(mol): x x
平衡(mol): 1-x 2+x. 1+
∴
x="42.1%"
考查可逆反应的有关计算。
(11分)某研究性学习小组为证明2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2为可逆反应(即反应存在一定的限度),设计如下几种方案。已知FeF63-是一种无色的稳定的络离子。
按要求回答下列问题。
方案甲:
取5mL 0.1mol/L KI溶液,滴加2ml 0.1mol/L 的FeCl3溶液,再继续加入2mL CCl4,充分振荡。静置、分层,再取上层清液,滴加KSCN溶液。
(1)甲方案中能证明该反应为可逆反应的现象是 。
(2)有同学认为该方案设计不够严密,即使该反应为不可逆反应也可能出现上述现象,其原因是 。
方案乙:
取5mL 0.1mol/L KI溶液,滴加2ml 0.1mol/L 的FeCl3溶液,溶液呈棕黄色,再往溶液中滴加NH4F溶液,若看到 现象,即可证明该反应为可逆反应,请解释产生该现象的原因 。
方案丙:
设计如图原电池装置,接通灵敏电流计,指针向右偏转(注:灵敏电流计指针总是偏向电源正极),随着时间进行电流计读数逐渐变小,最后读数变为零。
当指针读数变零后,在乙烧杯中加入1mol/L FeCl2溶液,若观察到灵敏电流计的指针向 方向偏转(填“左”、“右”或“不移动”),即可判断该反应为可逆反应,此时甲中石墨电极上的电极反应式为 。
正确答案
(1)下层(CCl4层)溶液呈紫红色,且上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色。(2分)
(2)振荡过程中产物中的Fe2+离子被空气中氧气氧化。(2分)
方案乙:溶液从棕黄色变为无色(或变浅);(1分)
Fe3+与F-络合生成无色的FeF63-,促使2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2平衡朝逆反应方向移动 (2分)
方案丙:左(2分);I2 +2e- = 2I-(2分)
(1)根据实验数据可知碘化钾是过量的,若反应是可逆反应,则溶液中一定存在铁离子,同时也必须生成单质碘。所以可以通过检验铁离子和单质碘来证明。
(2)因为碘离子和亚铁离子在空气中也可以被氧气氧化生成单质碘和铁离子,所以方案不是很严密。
(3)可以依据外界条件对平衡的影响来验证。因为Fe3+与F-络合生成无色的FeF63-,促使2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2平衡朝逆反应方向移动,所以溶液颜色会变浅。
(4)在原电池中负极是失去电子的,碘离子失去电子,所以电子是从甲池流向乙池,所以电流计的指针向左偏转。
(6分)1 000 ℃时,在密闭容器中加入一定量的Na2SO4固体使其发生以下反应达到平衡:
Na2SO4(s)+4H2(g)Na2S(s)+4H2O(g);ΔH>0
若反应在恒温恒容状态下进行,回答以下问题:
(1)向容器中分别加入以下物质,判断对平衡有无影响,有影响的应填写出平衡移动的方向。
①加入
Na2SO4___________________________________________________________________。
②加入焦炭
_____________________________________________________________________。
(2)若将容器温度升高20 ℃,H2在混合气体中的含量变化用下图中______图表示最合适。
正确答案
(1)①无影响 ②有影响,正向移动 (2)D
(1)对于已处于化学平衡状态的体系,固体反应物的量对平衡无影响,故加入Na2SO4固体时平衡不移动。但加入固体焦炭时,由于体系温度为1000 ℃,会发生如下反应:
C+H2O(g)CO+H2
使原平衡体系中的c(H2O)减小,c(H2)增大,平衡向右移动。
(2)若升高温度,由于原平衡的反应为吸热反应,故平衡向正反应方向移动,φ(H2)的含量应逐渐减少,直至达到新的平衡。分析A、B、C、D的曲线走向,唯D项正确。
常见错解:因未意识到1000 ℃时焦炭与水蒸气的反应,而仅仅认为焦炭是与该反应无关的固体,从而得出焦炭的加入对原平衡无影响的错误结论。
煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。
(1)将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气。反应为:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1一定温度下,在一个容积可变的密闭容器中,发生上述反应,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是 (填字母,下同)
A.容器中的压强不变
B.1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
C.v正(CO)=v逆(H2O)
D.c(CO)=c(H2)
(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2 L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
①该反应的逆反应为 (填“吸”或“放”)热反应。
②若实验3要达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等),且t<3 min,则a、b应满足的关系是 (用含a、b的数学式表示)。
(3)目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g),如图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。在体积为1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2, 下列措施中能使 c(CH3OH)增大的是
A.升高温度
B.充入N2(g),使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离出来
D.再充入0.5 mol CO2和1.5 mol H2
正确答案
(1)B、C (2) ① 吸热; ②b=2a,且a>1 (3)C、D
试题分析:(1)由于反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)的正反应是个气体体积增大的反应。A.若反应未达到平衡,则容器中的压强会发生改变,若反应达到了平衡,则容器内气体的压强不变。正确。B.1 mol H—H键断裂就会产生1mol的水,就形成了2mol的H—O键。还同时断裂2 mol H—O键。说明对于同种物质来说,单位时间内消耗量与产生量相等。反应达到平衡。正确。D.CO和H2都是生成物,在方程式中二者的系数相同,所以在任何时候都存在c(CO)=c(H2)。故不能确定反应达到平衡。错误。所以选项为B C。(2)① 反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)在650℃时,开始时n(CO)=4mol;n(H2O)=2mol;n(CO2)=0;n(H2)=0.当反应达到平衡时各种物质的物质的量为n(CO)=4mol-1.6mol=2.4mol;n(H2O)=2mol-1.6mol=0.4mol,n(CO2)=1.6mol;n(H2)=1.6mol。对于该反应来说,由于系数都是1,所以达到平衡状态时的平衡常数为
。在900℃时,开始时n(CO)=2mol;n(H2O)=1mol;n(CO2)=0;n(H2)=0.当反应达到平衡时各种物质的物质的量为n(CO)= 1.6mol;n(H2O)=1mol-0.4mol=0.6mol,n(CO2)=0.4mol;n(H2)=0.4mol。对于该反应来说,由于系数都是1,所以达到平衡状态时的浓度比为物质的量的比。所以在该温度下平衡常数为
。升高温度,化学平衡常数减小。说明升高温度,化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理,升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动。逆反应方向为吸热反应。②若实验3要达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等),且t<3 min,因为反应的平衡状态相同。而方程式的系数相同。所以只要反应物的物质的量的比与原平衡的起始时的物质的量的比相同。即二者的物质的量的比为a:b=1:2。平衡不发生移动。但是由于增大压强,反应物的物质的量浓度增大,化学反应速率加快,达到平衡所需要的水解缩短。(3)由图像可以看出该反应为放热反应。A.升高温度。根据平衡移动原理,化学平衡向逆反应方向移动,c(CH3OH)减小。错误。B.由于N2不是反应体系的气体,充入N2(g),使体系压强增大,但是反应混合物中各物质的浓度不变,所以平衡不发生移动,c(CH3OH)不变。错误。C. 将H2O(g)从体系中分离出来,减小生成物的浓度,平衡正向移动,c(CH3OH)增大。正确。D.若再充入0.5 mol CO2和1.5 mol H2,增大反应物的浓度,化学平衡正向移动,c(CH3OH)增大。正确。
(6分)在4L的密闭容器中,充入1molN2和4molH2,在一定条件下反应,3分钟后达到平衡状态,相同温度下,测得平衡时气体的压强比反应前混合气体的压强减少了12%,则
(1)平衡时混合气体中三种气体的物质的量之比为 。
(2)N2的转化率为 。
(3)3分钟内NH3的平均反应速率为 。
正确答案
(1)7:31:6 (2)30% (3)0.05 mol/(L·min)(每空2分)
考查可逆反应的有关计算,一般采用三段式。
N2+3H22NH3.
起始量(mol) 1 4 0
转化量(mol) x 3x 2x
平衡量(mol) 1-x 4-3x 2x
所以有
解得x=0.30mol
(1)因此平衡时混合气体中三种气体的物质的量之比为0.70︰3.1︰0.6=7:31:6
(2)N2的转化率为x÷1×100%=30%
(3)3分钟内NH3的平均反应速率为
(10分) (1)已知某反应的各物质浓度数据如下:
_
起始浓度(): 1.5 1.0 0
2s末浓度(): 0.9 0.8 0.4
则①a= ,b= 。
②2s内B的转化率= 。
(2)由碳棒,铁片和200mL 1.5mol/L的稀硫酸组成的原电池中,当在碳棒上产生气体3.36L(标准状况)时,求
③有 mol电子从 通过电线到 (填“铁片”或“碳棒”)。
④此时溶液中H+的物质的量浓度为 (不考虑溶液体积变化)。
(3)将2.3g金属钠放入足量的m g重水(D2O)中,完全反应后,所得溶液中溶质的质量分数是 (用含m的代数式表示。)
正确答案
(1)①a=3(1分),b=1(1分)。 ② 20% (1分)。
(2)③ 0.3mol (1分) 铁片(1分)碳棒。(1分) ④ 1.5mol/L(1分)。
(3) (3分)。
(1)①因为物质的量的变化量之比是相应的化学计量数之比,所以a和b的比值是0.6︰0.2=3︰1。
②2S内B的转化率为
(2)原电池中较活泼的金属作负极,电子经导线传递到正极。碳棒是正极,氢离子得到电子,氢气是3.36L,物质的量为3.36L÷22.4L/mol=0.15mol,所以转移电子是0.15mol×2=0.3mol。此时溶液中的氢离子是0.2L×1.5mol/L×2=0.6mol,则溶液中氢离子的物质的量浓度为
。
(3)2.3g钠是0.1mol。生成D2是0.05mol,质量是0.05mol×4g/mol=0.2g。所以氢氧化钠的质量分数为。
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