- 化学平衡
- 共20016题
氨气是重要化工产品之一。传统的工业合成氨技术的反应原理是:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ/mol。在500 ℃、20 MPa时,将N2、H2置于一个固定容积的密闭容器中发生反应,反应过程中各种物质的量浓度变化如图所示,回答下列问题:
(1)计算反应在第一次平衡时的平衡常数K= 。(保留二位小数)
(2)产物NH3在5~10 min、25~30min和45~50 min时平均反应速率(平均反应速率分别以v1、v2、v3表示)从大到小排列次序为 。
(3)H2在三次平衡阶段的平衡转化率分别以α1、α2、α3表示,其中最小的是 。
(4)由第一次平衡到第二次平衡,平衡移动的方向是____________,采取的措施是____________
(5)请在下图中用实线表示25~60min 各阶段化学平衡常数K的变化图像。
正确答案
(1)0.15(2分) (2) v1>v2>v3 (2分) (3) α3 (2分)
(4)正反应方向移动(1分) 移走生成物NH3(1分)
(5)(2分)
试题分析:⑴;⑵化学反应速率是用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示的,5~10 min、25~30min和45~50 min,这三段时间间隔是相同的,只要比较他们的浓度变化就可以,从图上可以看出,这三段时间变化的大小分别为:v1>v2>v3;⑶转化率就是反应掉的物质的量或者浓度与原来的物质的量或者浓度的比,从图中数据变化可知变化最小的是α3;⑷从图中可以看出,由第一次平衡到第二次平衡,反应物的浓度减小,肯定是正向移动,但是氨的浓度从零开始,表明采取的措施是移走生成物NH3。⑸25~45min,温度没有变化,而平衡常数是只随温度的改变而改变的。因此在这一范围内,K值不变;45~60min,平衡继续正向移动,在45分钟这个时间,各物质的浓度没有发生变化,因些平衡移动与浓度和压强变化无关,只能是降低了温度而引起的平衡移动。因为温度发生了变化,因此平衡常数也发生还应的改变,使得K值增大。
碘及其化合物在人类活动中占有重要地位。
(1)加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3),工业上以电解法制备碘酸钾,电解设备如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液,发生反应:
3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O,再将该溶液加入 (阴极、阳极)区,另将氢氧化钾溶液加入另外一个区。使用 (阴、阳)离子交换膜,在阳极发生的电极反应式: 。
(2)碘化氢不稳定,分解反应的热化学方程式是2HI(g)I2(g)+H2(g) ΔH="+9.48" kJ·mol-1已知ΔS>0
①该反应属于( )
A.任何温度均自发 B.任何温度均不自发 C.高温自发 D.低温自发
②一定条件下,反应在一个带有活塞的密闭容器中达到平衡,下列说法中不正确的是( )
A.恒温,缩小体积,平衡常数不变
B.恒温,缩小体积,平衡不移动,颜色加深
C.恒容,升温,正向反应速率和逆向反应速率均增大
D.恒容,在容器中若投入2mol HI,达到平衡时吸收9.48 kJ 的热量
③一定温度下,平衡常数K=1/4,在2L的容器中,加入4molHI发生反应达到平衡,HI的转化率 。
正确答案
(1)阳极 阴 I-+6OH-—6e-=IO3-+3H2O (2)①C②D ③0.5
试题分析:(1)由题意知电解法制备碘酸钾的原理为在KOH存在的条件电解KI和KIO3的混合液,反应的实质是碘离子发生失电子的氧化反应,最终生成碘酸根离子,结合电解原理电解池的阳极发生失电子的氧化反应,所以KI和KIO3的混合液应加在与电源正极相连的阳极区,即装置中的a极区;根据电极方程式书写原则原子守恒和电荷守恒,电极反应式为:I-+6OH-—6e-=IO3-+3H2O,该极区反应消耗OH—,应有加在阴极区的KOH溶液补充,离子交换膜应允许阴离子通过,为阴离子交换膜。
(2)①该反应ΔH>0,ΔS>0,根据反应方向的判据可知高温时ΔH—TΔS<0,能自发进行;选C.
②A、平衡常数的影响因素为温度,正确;B、该反应两边气体物质系数相等,恒温,缩小体积,平衡不移动,但各物质的浓度增大,颜色加深,正确;C、升温反应速率加快,正确;D、可逆反应的特点是不能进行到底,投入2mol HI,达到平衡时吸收的热量小于9.48 kJ,错误。
③ 设转化的碘化氢为x,利用三段法得出各物质的平衡浓度,代入平衡常数表达式求出碘化氢的平衡浓度,代入转化率计算公式计算可得。
(14分)(1)在固定容积为2L的密闭容器中通入NO和CO各2mol发生反应:
随温度(T)、压强(P)和时间(t)的变化曲线如图所示。请回答下列问题:
①曲线I、II、III对应反应从开始到平衡时用CO2表示的平均反应速率分别为、
、
,则三者大小关系为______________。
②该反应△H__________0(填“>”、“=”或“<”);曲线II对应平衡常数K=_________;曲线II对应的反应达平衡后,再通入2molNO和2molCO并保持温度不变,则再达平衡时NO的转化率将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)①25℃时,将0.2mol/L的HCOOH溶液与0.2mol/L的NaOH 溶液等体积混合,充分反应后测得溶液pH为________
(填“>”、“=”或“<”),则HCOO-的水解平衡常数(Kh)可近似表示为______________(用含a的代数式表示)。
②一定温度下,0.2mol/Lr HCOOH溶液加水稀释过程中,下列各项中随着加水量的增加而减小的是____________(填写字母序号)。
a. b.
c.
d.
正确答案
(1)① υ(Ⅰ)>υ(Ⅲ)>υ(Ⅱ); ② <,160,增大
(2)① <,1.0×102a-27; ② c、d(错答扣分)
试题分析:(1)①根据图像的斜率可以比较出速率的大小;
②对比Ⅱ、Ⅲ两条曲线,温度升高,CO2的物质的量减小,平衡向左移动,该反应为放热反应;曲线Ⅱ平衡后,n(CO2)=1.6mol,根据化学方程式可以求出各物质的平衡浓度,进而求出平衡常数;再通入2molNO和2molCO并保持温度不变,压强增大,NO的转化率增大。
(2)①HCOONa为弱酸强碱盐,HCOO‾水解,浓度减小;等体积混合,溶液体积变为原来的2倍,C(HCOO‾)=0.1mol•L‾1,C(CH3COOH)=C(OH‾)=Kw/C(H+)=1.0×10a-14mol•L‾1,带入Kh= C(CH3COOH) C(OH‾)/ C(HCOO‾),可得水解常数。
②加水后,C(H+)减小,C(OH‾)增大,而电离平衡向右移动,所以c、d正确。
氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
(1)在T℃时,将0.6molH2和0.4molN2置于容积为2 L的密闭容器中(压强为mPa)发生反应:3H2+N22NH3 △H<0。若保持温度不变,某兴趣小组同学测得反应过程中容器内压强随时间变化如图所示:8 min内分钟NH3的平均生成速率为 mol·L-1·min-1。
(2)仍在T℃时,将0.6molH2和0.4molN2置于一容积可变的密闭容 器中。
①下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是 (填序号)。
a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为l:3:2
b.3v正(N2)=v逆(H2)
c.3v正(H2)=2v逆(NH3)
d.混合气体的密度保持不变
e.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
②该条件下达到平衡时NH3的体积分数与题(1)条件下NH3的体积分数相比 (填“变大”“变小”或“不变”)。
③达到平衡后,改变某一条件使反应速率发生了如图所示的变化,改 变的条件可能是 。
a.升高温度,同时加压
b.降低温度,同时减压
c.保持温度、压强不变,增大反应物浓度
d.保持温度、压强不变,减小生成物浓度
(3)硝酸厂的尾气含有氮氧化物,不经处理直接排放将污染空气。 氨气能将氮氧化物还原为氮气和水,其反应机理为:
2NH3(g)+5NO2(g)=7NO(g)+3H2O(g) H=-akJ·mol-1
4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) H=-bkJ·mol-1
则NH3直接将NO2还原为N2的热化学方程式为: 。
若标准状况下NO与NO2混合气体40.32L被足量氨水完全吸收,产生标准状况下氮气42.56L。该混合气体中NO与NO2的体积之比为 。
正确答案
(1)0.0125;(2)①bde;②变大;③c;
(3)8NH3(g)+6NO2(g)=7N2(g)+12H2O(g) △H=—(6a+7b)/5kJ·mol-1;1:2。
试题分析:(1)分析题给图像知,反应体系中的压强由起始状态的m变为平衡状态的0.8m,根据阿伏加德罗定律:在等温等容的条件下,气体的压强之比等于气体的物质的量之比知,容器内气体的总物质的量为反应前的1.0mol变为平衡后的0.8mol,气体的物质的量减少0.2mol;结合反应3H2+N22NH3利用差量法分析知,生成气体减少的物质的量与生产氨气的物质的量的相等,为0.2mol,根据公式v=△n/V△t计算得8 min内分钟NH3的平均生成速率为0.0125mol·L-1·min-1;(2)① a.平衡时N2、H2、NH3的浓度之比不一定为l:3:2,错误;b.由3v正(N2)=v逆(H2)得v正(N2):v逆(H2)=1:3,等于化学计量数之比,正确;c.由3v正(H2)=2v逆(NH3)得v正(H2):v逆(NH3)=2:3,不等于化学计量数之比,错误;d.由于反应在容积可变的密闭容器中进行,混合气体的密度随反应的进行不断变化,当其保持不变时已达平衡,正确;e.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化,已达平衡,正确,选bde;②合成氨的反应正向为气体物质的量减小的反应,等温等压条件下达到平衡与等温等容条件下达到平衡相比,相当于缩小容器的体积,平衡正向移动,NH3的体积分数变大;③a.升高温度,同时加压,v正、v逆同时增大,与图像不符,错误;b.降低温度,同时减压,v正、v逆同时减小,与图像不符,错误;c.保持温度、压强不变,向容器内充入氮气或氢气来增大反应物浓度,v正增大,容器内气体物质的量增大,为保持压强不变,容器体积增大,氨气浓度减小,v逆减小,达平衡后速率可能比原平衡大,正确;d.保持温度、压强不变,从容器内分离出氨气来减小生成物浓度,v逆减小,容器内气体物质的量减小,为保持压强不变,容器体积减小,反应物浓度增大,v正增大,根据等效平衡知识知,达平衡后速率与原平衡相等,与图像不符,错误,选c;(3)根据反应①2NH3(g)+5NO2(g)=7NO(g)+3H2O(g) △H=-akJ·mol-1
②4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) △H=-bkJ·mol-1利用盖斯定律:(①×6+②×7)÷5得NH3直接将NO2还原为N2的热化学方程式为:③8NH3(g)+6NO2(g)=7N2(g)+12H2O(g) △H=—(6a+7b)/5kJ·mol-1;根据反应②和③列方程组计算;设NO的物质的量为x,NO2的物质的量为y,根据题意知,x+y=40.32/22.4mol=1.8mol,5/6x+7/6y=42.56/22.4mol=1.9mol解得x=0.6mol,y=1.2mol;则该混合气体中NO与NO2的体积之比为1:2。
(15分)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、B、C、D四个区域,生成铁锈最多的是 (填字母)。
(2)用废铁皮制取铁红(Fe2O3)的部分流程示意图如下:
①步骤I若温度过高,将导致硝酸分解。硝酸分解的化学方程式为 。
②步骤Ⅱ中发生反应:4Fe(NO3)2+O2+(2n+4)H2O=2Fe2O3·nH2O+8HNO3,反应产生的HNO3又将废铁皮中的铁转化为Fe(NO3)2,该反应的化学方程式为 。
③上述生产流程中,能体现“绿色化学”思想的是 (任写一项)。
(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(CO):n(CO2)= 。
②若在1 L密闭容器中加入0.02 mol FeO(s),并通入xmolCO,t℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为50%,则x= 。
正确答案
⑴①吸氧腐蚀 ②B
⑵①4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O
②4Fe+10HNO3=4 Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O
③氮氧化物排放少(或其他合理答案)
⑶①4:1 ②0.05
试题分析:⑴①钢铁在海水(中性环境)中发生的应该是吸氧腐蚀。
②在B点的海水中氧气浓度最大,发生的吸氧腐蚀最快,生成的铁锈最多。
⑵①硝酸受热分解产生NO2、O2、H2O,通过氧化还原反应的化合价升降法将其配平。
②通过示意图分析,确定HNO3与Fe该反应的生成物除了Fe(NO3)2还有NH4NO3,先根据得失电子守恒有4Fe+10HNO3--4 Fe(NO3)2+ NH4NO3,再根据原子守恒得4Fe+10HNO3=4 Fe(NO3)2+ NH4NO3+3H2O。
③该生产流程中生成了NH4NO3,没有产生NO、NO2等有毒气体,减少了氮氧化物的排放量,符号“绿色化学”思想。
⑶①据题意有K=,则n(CO):n(CO2)=4:1。
②据题意有n(CO):n(CO2)=(x-0.01):0.01=4:1,解得x=0.05 mol。
在容积为1 L的密闭容器中,进行如下反应: A(g)+2B(g) C(g)+D(g),在不同温度下,D的物质的量n(D)和时间t的关系如图。
请回答下列问题:
(1)700℃时,0~5min内,以B表示的平均反应速率为_______。
(2)能判断反应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(A)不变
C.v正(B)=2v逆(D) D.c(A)=c(C)
(3)若最初加入1.0 mol A和2.2 mol B,利用图中数据计算800℃时的平衡常数K=___ _______,该反应为__________反应(填“吸热”或“放热”)。
(4) 800℃时,某时刻测得体系中物质的量浓度如下:c(A)=0.06 mol/L,c(B)=0.50 mol/L,c(C)=0.20 mol/L,c(D)=0.018 mol/L,则此时该反应______ ____(填“向正方向进行”、“向逆方向进行”或“处于平衡状态”)。
正确答案
(1)0.18 mol/(L·min) (2)ABC (3)0.9 吸热
(4)向正方向进行
试题分析:(1)700℃时.0-5min内,D的平均化学反应速率v(D)=△n/(V•△t)=0.45mol/(1L×5min)
=0.09mol/(L•min),同一反应中,各物质的反应速率之比等于计量数之比,所以v(B):v(D)=2:1,
故v(B)=0.18mol•L-1•min-1;
(2)该反应是反应前后气体体积减小的反应,反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化;所以:
A:该反应是反应前后气体体积减小的反应,当压强不变时,各物质的浓度不再发生变化,故A正确;
B:反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,B正确;
C:v正(B)=2v逆(D),速率之比等于化学计量数之比,反应达平衡状态,故C正确;
D:无论反应是否达到平衡状态,c(A)=c(C),所以不能作为判断平衡状态的依据,故D错误;
(3) A(g)+2B(g) C(g)+D(g)
起始(mol/L) 1.0 2.2 0 0
反应(mol/L) 0.6 1.2 0.6 0.6
平衡(mol/L) 0.4 1.0 0.6 0.6
化学平衡常数K=(0.6mol/L×0.6mol/L)/[0.4mol/L×(1.0mol/L)2 ]=0.9(mol•L-1)-1;
根据图象知,降低温度D的含量减少,所以平衡向逆反应方向移动,故正反应是吸热反应。
(4)A、B、C、D各物质的浓度分别为c(A)=0.06 mol/L,c(B)=0.50 mol/L,c(C)=0.20 mol/L,c(D)=0.018 mol/L,浓度商QC="(0.2" mol/L×0.018 mol/L)/[0.06 mol/L×(0.5 mol/L)2 ]=0.24(mol•L-1)-1<0.9(mol•L-1)-1,所以反应向正反应方向进行。
“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍,科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法,连续产出了高热值的煤炭气,其主要成分是CO和H2。CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛。生产煤炭气的反应之一是:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)−131.4 kJ。
(1)在容积为3L的密闭容器中发生上述反应,5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L,用H2O表示0~5miin的平均反应速率为_________________________。
(2)能说明该反应已达到平衡状态的是________(选填编号)。
a.v正 (C)= v逆(H2O) b.容器中CO的体积分数保持不变
c.c(H2)=c(CO) d.炭的质量保持不变
(3)若上述反应在t0时刻达到平衡(如图),在t1时刻改变某一条件,请在右图中继续画出t1时刻之后正反应速率随时间的变化:
①缩小容器体积,t2时到达平衡(用实线表示);
②t3时平衡常数K值变大,t4到达平衡(用虚线表示)。
(4)在一定条件下用CO和H2经如下两步反应制得甲酸甲酯:
①CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g) ②CO(g) + CH3OH(g)
HCOOCH3(g)
①反应①中CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率可采取的措施是 。
②已知反应①中CO的转化率为80%,反应②中两种反应物的转化率均为85%,则5.04kgCO最多可制得甲酸甲酯 kg。
正确答案
(本题共10分)(1)0.002mol/(L·min)(2分) (2)b、d(2分)
(3)(图略,合理给分)①t1时突增的u正渐增至t2时保持不变;②t3时突增的u正渐减至t4时保持不变(各1分)
(4)①降温、加压;将甲醇从混合体系中分离出来(2分)②4.08(2分)
试题分析:(1)5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L,因此气体的质量增加了0.12g/L×3L=0.36g,根据方程式可知:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △m↑
1mol 12g
0.03mol 0.36g
所以消耗水蒸气的物质的量浓度是0.03mol÷3L=0.01mol/L,因此用H2O表示0~5miin的平均反应速率为0.01mol/L÷5min=0.002mol/(L·min)。
(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.碳是固体,不能用来表示,a不正确;b.容器中CO的体积分数保持不变,说明反应得到平衡状态,b正确;c.c(H2)=c(CO),但没有指明反应的方向,所以可逆反应不一定达到平衡状态,c不正确;d.炭的质量保持不变,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,d正确,答案选bd。
(3)①缩小容器体积,压强增大,反应速率增大。正方应是体积增大的可逆反应,所以平衡向逆反应方向移动,即正反应速率逐渐增大到锌平衡,因此曲线可以表示为。
②t3时平衡常数K值变大,说明平衡向正反应方向移动。正方应是吸热反应,所以改变的条件是升高温度,因此正反应速率增大,然后逐渐减小到新平衡状态,所以曲线可以表示为。
(4) ①根据图像可知,在压强相同时,温度越高,CO的转化率越低,这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,因此正方应是放热反应。温度相同时,压强越大,CO的转化率越高,所以为提高CO的转化率可采取的措施是降温、加压或将甲醇从混合体系中分离出来。
②5.04kgCO的物质的量是5040g÷28g/mol=180mol。设参加反应①的CO物质的量是x,则参加反应②的CO物质的量是180mol-x。反应①中CO的转化率为80%,则反应中生成的甲醇物质的量是0.8x。在反应②中两种反应物的转化率均为85%,则0.8x×0.85=(180mol-x)×0.85,解得x=100mol,所以实际生成的甲酸甲酯的物质的量是0.8x×0.85=68mol,其质量是68mol×60g/mol=4080g=4.08kg。
甲醇是重要的化工原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产甲醇。甲醇制
备的相关信息如下表:
(1)反应②是____反应(选填“吸热”“放热”)。
(2)据上表信息推导出、
与
之间的关系,
=______用
、
表示)。500℃时测得反应③在某时刻,
的浓度(mol/L)分别为0 8、0.1、0 3、0 15,此时
(选填“>”“<”“=”)。
(3)若某温度下反应①从开始到平衡CO和CH3OH的浓度变化如图一所示,则用H2浓度变化表示此段时间内该反应的平均速.v(H2)= 若某温度下反应①中H2的平衡转化率(a)与体系总压强(P)的关系如图二所示,则平衡状态由A变到B时,平衡常数(选填“>”“<”“=”)。
(4)一定温度下,在体积固定的密闭容器中发生反应②,可判断该反应已经达到平衡的是____。(用相应字母表示)
(5)一定条件下甲醇与一氧化碳反应可合成醋酸。室温下,将a mol/L醋酸溶液与bmol/LNaOH溶液等体积混合。若溶液显中性,则a_________b(选填“>”“<”“=”)。若c(Na+)
正确答案
(1) 吸热 (1分)
(2) K1K2 (2分) > (2分)
(3) 0.15mol/(L·min) (2分) = (2分)
(4) D (1分) (5)> (2分) 酸 (2分)
试题分析:(1)反应②的K随着温度的升高而增大,故反应②为吸热反应(2)①+②=③,故K3=K1K2;500℃时反应③在某时刻的Q=0.3×0.15÷(0.83×0.1)=0.88<2.5,平衡正向移动,故V正>V逆;(3)v(H2)=2v(CO)=2×(1.00-0.25)÷10mol·L-1·min-1="0.15" mol·L-1·min-1;平衡常数是温度函数,温度不变,K不变,故K(A)=K(B)(4)反应②是一个反应前后体积不变的反应,故压强不能作为判断是否平衡的标志,混台气体的平均摩尔质量也始终保持不变,由于在体积固定的密闭容器中发生反应②,所以混合气体的密度也不变,故选D。(5)醋酸与氢氧化钠等体积中和,若溶液显中性,说明醋酸过量,即a>b;若c(Na+)
能源问题是人类社会面临的重大课题,甲醇是一种可再生能源,具有开发和应用的广阔前景,研究甲醇具有重要意义。
(1)用CO合成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)在容积为1L。的密闭容器中分别充入1molCO和2molH2,实验测得甲醇的物质的量和温度、时间的关系曲线如图所示。则该正反应的△H_______0(填“<”、“>”或“=”),判断的理由是______。
(2)利用工业废气中的CO2可制取甲醇,其反应为:CO2+3H2CH3OH+H2O。
①常温常压下已知下列反应的能量变化如下图所示:
由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式为_______。
②为探究用CO2生产燃料甲醇的反应原理,现进行如下实验:在一恒温恒容密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,进行上述反应。测得CO2。和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。从反应开始到平衡,v(H2)="_______" ;该温度下的平衡常数数值K=______。能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2))增大的措施有_______(任写一条)。
(3)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种。
①甲醇蒸汽重整法。主要反应为;CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)设在容积为2.0L的密闭容器中充入0. 60 molCH3OH(g),体系压强为P1,在一定条件下达到平衡时,体系压强为P2,且P2/P1 =2.2,则该条件下CH3OH 的平衡转化率为______ 。
②甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO2-ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性(选择性越大,表示生成的该物质越多)影响关系如图所示。则当n(O2)/n(CH3OH) =0.25时。CH3OH与O2发生的主要反应方程式为______ 。在制备H2:时最好控制n(O2))/n(CH3OH)=______。
正确答案
(1)<温度升高,平衡时甲醇的量减少,平衡逆向移动,则正反应放热(或温度升高,平衡常数减小,平衡逆向移动,则正反应放热)。(2)① CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) ΔH="-50KJ/mol." ②0.225mol/(L·min) 5.3 降低温度(或加压或增大H2的量或将H2O蒸汽从体系中分离等)。(3) ①60﹪ ②2CH3OH+O2 ="2HCHO+" 2H2O 0. 5
试题分析:(1)当反应达到平衡后,由于升高温度,n(CH3OH)减小,平衡时CH3OH的含量降低,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。逆反应方向是吸热反应,所以正反应是放热反应。故△H<0.(2) ①由图一可知:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(l) △H="41KJ/mol," 由图二可知:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H= -91KJ/mol.将两式相加可得:CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) ΔH="-50KJ/mol." ② V(CO2)=" (1.00-0.25)" mol/L÷10min=" 0.075mol/(l·min)." V(H2):V(CO2)=3:1,所以V(H2)="3" V(CO2)=" 0.225mol/(L·min)" . 在该温度下的平衡常数数值
由于反应 CO2(g) +3H2(g)= CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-50KJ/mol.的正反应是一个放热反应,所以降低温度能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2)增大。另外比如加压、增加H2的量或将水蒸气从混合物中分离出来等措施也能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2))增大。(3)反应开始时n(CH3OH)=0.6mol,n(CO)=0mol,n(H2)=0mol.假设反应过程中CH3OH改变的物质的量为X,则达到平衡时各物质的物质的量为n(CH3OH)=" (0.6-X)mol," n(CO) ="Xmol" n(H2)=2Xmol,对于体积固定的密闭容器中的气体反应来说,反应前后的压强比等于它们的物质的量的比。所以(0.6+2X)÷0.6=2.2,解得X=0.36.所以CH3OH的平衡转化率为0.36÷0.6×100﹪=60﹪。②由图可知当n(O2)/n(CH3OH) =0.25时得到的产物是甲醛,CH3OH与O2发生的主要反应方程式为2CH3OH +O2="2HCHO+" 2H2O。在制备H2时由于在n(O2)/n(CH3OH) =0.5时选择性最高,所以最好控制n(O2))/n(CH3OH)= 0.5。
现有可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+ qD(g);根据下图示回答:
(1)左图中温度t1℃ t2℃(填“高于”或“低于”)
(2)该反应的正反应为 反应(填“吸热”或“放热”)
(3)右图中压强 p1 p2(填“>”、“<”、“=”)
(4)反应式中(m +n) (p +q)(填“>”、“<”、“=”)
正确答案
(1)高于(2)吸热(3)<(4)<
试题分析:利用图像规律“先拐、先平、数值大”,图1中t1℃曲线时比t2℃更快达到平衡,化学反应速率较大,所以t1℃> t2℃;t1℃温度下反应达到平衡时反应物A的百分含量要小,转化率高,所以温度低对正反应有利,所以该正反应是个吸热反应;同样图2中压强p2 下,反应先达到平衡,所以反应速率较大,p1 2 ;压强大的情况下A的转化率较低,说明增大压强对逆反应更有利,逆反应是个系数减小的反应,所以(m +n)<(p +q)。
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