- 化学平衡
- 共20016题
(15分)500℃时,将SO2和O2置于一容积固定为2 L的密闭容器中发生反应。反应过
程中SO2、O2和SO3物质的量变化如图所示,请回答下列问题:(1)反应10 min至15 min,
O2的平均反应速率为 mol·(L·min)-1,比反应开始时前10 min速率 ,可能的原
因是 。
(2)从曲线变化可以看出,反应进行至25min时,采取了 使得平衡向
方向移动,达到新平衡后SO2的体积分数比原平衡小。
正确答案
(1)0.015 mol·(L·min)-1,快,使用了催化剂。(2)补充氧气,正方向进行。
(1)根据图像可知,10 min至15 min内氧气的物质的量变化了0.15mol,则反应速率是;根据曲线的斜率可知,反应速率变快了。而反应物的浓度是减小的,说明反应使用了催化剂。
(2)反应进行至25min时,氧气的浓度变大,三氧化硫的浓度逐渐增大,SO2的浓度逐渐减小,说明改变的条件是增大氧气的浓度,平衡向正反应方向移动。
(10分)
I.(4分)某温度下的溶液中,c(H+)=10x mol/L,c(OH-)=10y mol/L。x与y的关系如图所示:
(1)该温度下,中性溶液的pH= 。
(2)该温度下0.01 mol/L NaOH溶液的pH= 。
II. (6分)某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。
(1)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:
①可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是 (填字母)。
A.2v(NH3)=v(CO2) B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变 D.密闭容器中氨气的体积分数不变
②根据表中数据,计算25.0℃时的分解平衡常数为 。
(2)已知:NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·H2O。该研究小组分别用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵溶液测定水解反应速率,得到c(NH2COO-)随时间变化趋势如图所示。
③计算25℃时,0~6min氨基甲酸铵水解反应的平均速率为 。
④根据图中信息,如何说明水解反应的平均速率随温度升高而增大:
。
正确答案
I.(4分)(1)7.5 (2分) (2)13(2分)
II. (6分)(1)①BC(2分); ②1.6×10-8(mol·L-1)3(2分)
(2)③0.05mol·L-1·min-1。(1分) ④25℃反应物的起始浓度较小,但0~6min的平均反应速率(曲线的斜率)仍比15℃大。(1分)
I.(1)根据图像可知该温度下水的离子积常数是1×10-15,该温度下,中性溶液的pH=7.5。
(2)0.01 mol/L NaOH溶液OH-的浓度是0.01mol/L,所以氢离子是1×10-13mol/L,因此pH=13。
II.(1)①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。不正确,不满足速率之比是相应的化学计量数之比。反应前后体积是变化的,所以压强也是变化的,因此B可以说明。密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中容积始终是不变的,但质量是变化的,所以C正确。由于只有生成物是气体,所以氨气的分数始终是不变的,D不正确,答案选BC。
②根据数据可知,平衡时氨气是0.0048mol/L÷3×2=0.0032mol/L,所以CO2是0.0016mol/L,因此平衡常数是1.6×10-8(mol·L-1)3。
(2)③25℃时,0~6min氨基甲酸铵的浓度减小了2.2mol/L-1.9mol/L=0.3mol/L,所以反应速率是0.3mol/L÷6min=0.05mol·L-1·min-1。
④根据图像可知,25℃反应物的起始浓度较小,但0~6min的平均反应速率(曲线的斜率)仍比15℃大。这说明水解反应的平均速率随温度升高而增大。
(14分)I.A是由导热材料制成的密闭容器,B是一耐化学腐蚀且易于传热的气球.关闭K2,将等量且少量的NO2通过K1、K3分别充入A、B中,反应开始时,A、B的体积相同。已知:2NO2(g)N2O4(g)△H<0。
(1)一段时间后,反应达到平衡,此时A、B中生成的N2O4的速率是V(A) V(B)(填“<”、“>”或“=”);若打开活塞K2,气球B将 (填“变大”、“变小”或“不变”,下同)。
(2)若在A、B中再充入与初始量相等的NO2,则达到平衡时,NO2的转化率α(A)将 。
若通入等量的Ne气,则达到平衡时,A中NO2的转化率将 ,B中NO2的转化率将
(3)室温时,若A、B都保持体积不变,将A套上一个绝热层,B与外界可以进行热传递,则达到平衡时, 中的颜色较深。
(4)若在容器A中充入4.6g的NO2,达到平衡后容器内混合气体的压强为原来的80%,试求出平衡时NO2的转化率 。
II.已知可逆反应:M(g)+N(g)P(g)+Q(g);△H>0,请回答下列问题:①若要增大M的转化率,在其它条件不变的情况下可以采取的措施为
A、加入一定量M B、加入一定量N C、反应温度升高
D、缩小容器体积 E、加入某物质作催化剂 F、分离出一定量P
②在某温度下,反应物的起始浓度分别为:c(M)=" 1" mol·L-1,c(N)="2.4" mol·L-1,达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为 。
③若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:c(M)=" 4" mol·L-1,c(N)=amol·L-1;达到平
衡后,c(P)="2" mol·L-1,a= mol·L-1。
正确答案
(1)< , 变小 (2)增大,不变, 变小 (3)A (每空各1分)
(4)40%(2分) II①BCF。 ②25%。 ③ 6
I.(1)A保持恒温恒容,B保持恒温恒压。因为这是一个体积减小的放热的可逆反应,所以在反应过程中,B中的压强大于A中的压强,因此B中反应速率快。若打开活塞K2,则A和B会混合,由于B中压强小于A中压强,所以气球的体积将变小。
(2)A中容器容积不变,所以再增加NO2浓度,相当于增大压强,平衡向正反应方向移动,转化率增大。若通入等量的Ne气,则A中浓度不变,所以平衡不移动,转化率不变。而B中容积必须增大,所以平衡向逆反应方向移动,转化率减小。
(3)因为是放热反应,所以温度高不利于平衡向正反应方向进行,由于A中温度高,所以NO2的浓度大,颜色深。
(4)4.6gNO2是0.1mol,设转化率是x,则生成N2O4是0.05xmol,剩余NO2是0.1×(1-x)mol。所以有0.05xmol+0.1×(1-x)mol=0.1mol×0.8,解得x=0.4。
II. ①因为反应是体积不变的,吸热的可逆反应,所以要增大M的转化率可采取的措施为BCF。
其中A是降低,DE不变。
②M的转化率为60%,则消耗M是0.6mol,则消耗N也是0.6mol,所以N的转化率是0.6÷2.4
=0.25。
③平衡时,c(P)="2" mol·L-1,则消耗Q的浓度也是="2" mol·L-1,消耗M和N的浓度也是="2" mol·L
-1,所以平衡时M的浓度是2mol/L,N的浓度设是(a-2)mol/L。由于温度相同,所以平衡常
数不变,根据②可得出平衡常数,进而可以得出a值。
将E和F加入固定容积的密闭容器中,在一定条件下发生反应:
E(g)+F(s)2G(g)。忽略固体体积,平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示:
(1)915℃、2.0MPa时E的转化率为 。
(2)该反应的△S 0(填“>”、“<”或“=”,下同),b f。
(3)平衡常数K(1000℃) K(810℃) ,理由是 。
(4)对于上述反应,下列说法正确的是 (填序号)。
①混合气体的密度不再变化,反应达到平衡
②该反应的正反应为放热反应
③增大F的量,单位体积活化分子数增大,化学反应速率加快
④恒温恒容条件下通入惰性气体,平衡不移动
⑤恒温恒压条件下通入惰性气体,化学反应速率加快
正确答案
(1)60%(2分)
(2)>(1分);<(1分)
(3)>(1分);
该反应的正反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡常数增大(1分)
(4)①④(2分,漏选得1分,错选不得分);
试题分析:(1)假设一开始加入的E的物质的量为amol
E(g) + F(s) 2G(g)
起始: amol 0mol
变化: bmol 2bmol
平衡:(a-b)mol 2bmol
依题意有:
915℃、2.0MPa时E的转化率为:60%
(2)该反应中由1mol的E生成2mol 的F,也就是说是一个熵增的方向,因此△S >0(1分);第二个空中使用控制变量法,先比较a和b的大小,对于这个反应来讲,温度一定条件下,压强越大,转化率越小,因此有: b <a<54℅,那么从表中可以看出,在二个大气压下,从上到下,随温度的升高,数值应该是越来越大,因此有b <a<54℅<75℅<f 。(3)从上到下温度越来越高,G的含量越来越大,意味着温度升高,平衡正向移动,表明正向是一个吸热的方向,因此平衡常数K(1000℃)> K(810℃);
(4)①混合气体的密度不再变化,那么反应物F的量不再变化,意味着各反应物和生成物的浓度都不再变化成了一定值,反应达到平衡,正确;②该反应的正反应为吸热反应,错误;③增大F的量,F是固体,浓度是定值,不会使得单位体积活化分子数增大,化学反应速率不变,错误;④恒温恒容条件下通入惰性气体,不改变各物质的浓度,平衡不移动,正确;⑤恒温恒压条件下通入惰性气体,各组分的浓度不变,化学反应速率不变,错误。
(1)25 ℃时,合成氨反应的热化学方程式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4 kJ/mol
①在该温度时,取l mol N2和3 mol H2放在密闭容器中,在催化剂存在下进行反应,测得反应放出的热量总是_______92.4 kJ。(填“小于”, “大于” 或“等于”)
②一定条件下,上述可逆反应在体积固定的密闭容器中进行,下列叙述能说明反应已达到平衡的是_______________。
(2) 25 ℃时,将工业生产中产生的NH3溶于水得0.1mol/L氨水20.0 mL,测得PH=11,则该条件下,NH3•H2O的电离平衡常数为__________。向此溶液中加入少量的氯化铵固体,此时值将_____(填“增大”, “减小” 或“不变”)。
(3)常温下,向0.001mol/LAlCl3溶液中通入NH3直至过量,当PH=_________时,开始生成沉淀(已知:Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33)
正确答案
(1)①小于 ….1分 ②A …. 2分
(2)10-5 ….2分 增大….1分 (3) 4 ….2分。
试题分析:(1)①因为可逆反应不可能完全进行到底,放出的热量比完全反应少,②A.氨的生成速率与氨的分解速率相等,正逆反应速率相等(同种物质),说明到达平衡状态,正确;B.混合气体的反应速率v正(NH3)=v逆(H2)时,各物质的浓度才能保持不变,错误;C.根据质量守恒,反应前后混合物的质量不变,容器的体积不变,所以密度始终不变,错误;D.单位时间内消耗n mol N2的同时必定生成2n mol NH3,不能说明反应v正=v逆,错误。
(2)氨水溶液PH=11,则C(H+)═10-11 mol•L-1,C(0H-)═10-3mol•L-1,
NH3•H2O ⇌ NH4++ OH-
起始(mol•L-1) 0.1 0 0
反应(mol•L-1) 10-3 10-3 10-3
平衡(mol•L-1) 0.1 10-3 10-3
所以NH3•H2O的电离平衡常数为Kb=(10-3×10-3)/0.1==1.0×10-5mol•L-1;故答案为:
1.0×10-5mol•L-1;向此溶液中加入少量的氯化铵固体,平衡逆向移动,c(NH4+)增大,c(OH-)减小,此时值将增大。
(15分)某研究小组对一元有机弱酸HA在溶剂苯和水的混合体系中溶解程度进行研究。在25℃时,弱酸HA在水中部分电离,HA的电离度为0.10;在苯中部分发生双聚,生成(HA)2。该平衡体系中,一元有机弱酸HA在溶剂苯(B)和水(W)中的分配系数为K,K=C(HA)B/C(HA)W=1.0,即达到平衡后,以分子形式存在的HA在苯和水两种溶剂中的比例为1∶1;已知:lg2=0.3,lg3=0.5 其他信息如下:
回答下列问题:
(1)计算25℃时水溶液中HA的电离平衡常数K1= 。
(2)25℃,该水溶液的pH为 ,在苯体系中HA的转化率为__________。
(3)25℃混合体系中,HA在苯中发生二聚,若测得某时刻溶液中微粒浓度满足,则反应向_______方向进行。
(4)在苯中,HA自发进行发生二聚:2HA(HA)2,已知该二聚反应的反应热数值约为活化能的5/9 。下列能量关系图最合理的是 。
(5)下列有关该混合体系说法不正确的是 。
A.用分液漏斗分离得到水溶液和苯溶液,若水溶液中加入少量水,苯溶液中加少量苯,则上述平衡均正移,且c(HA)均减小。
B.升高温度,HA的电离平衡常数K1和2HA(HA)2的平衡常数K2均变大。
C.若用酸碱中和滴定的分析方法,可以测出HA的起始总浓度。
D.在25℃时,若再加入一定量的HA固体,则水和苯中HA的起始总浓度之比仍为3:4。
(6)在25℃时,用0.1000mol/L氢氧化钠溶液滴定20.00mL 0.1000mol/L HA水溶液,请在下图中画出滴定曲线示意图。
正确答案
3.3×10-5 3.5 33% 逆 B ABD
(1)HA的起始浓度是3.0×10-3 mol·L-1,所以已经电离的是3.0×10-3 mol·L-1×0.1,因此溶液中氢离子浓度是3.0×10-4 mol·L-1,所以pH=4-lg3="3.5" 。则平衡常数是。
(2)设转化率是x,则属于HA的浓度是4.0×10-3 mol·L-1×(1-x),由于水中HA的浓度是3.0×10-3 mol·L-1×0.9,所以根据题意可知4.0×10-3 mol·L-1×(1-x)=3.0×10-3 mol·L-1×0.9,解得x=33% 。
(3)根据(2)可知平衡常数为。由于
,所以反应向逆反应方向进行。
(4)HA自发进行发生二聚,所以是放热反应,又因为二聚反应的反应热数值约为活化能的5/9 ,所以选项B正确。
(5)用分液漏斗分离得到水溶液和苯溶液,若水溶液中加入少量水,促进弱酸电离,使体系粒子数增多,苯溶液中加少量苯,促进反应向分子数增多方向移动,平衡向左移动。A不正确;升高温度,促进电离,HA的电离平衡常数K1变大。双聚反应,一般是形成分子间氢键的过程,即正反应放热,所以B正确;中和反应,促进电离,消耗HA,同时因为分配系数恒定,苯中的HA进入水体、二聚体发生平衡移动,最终能使两相中的酸消耗完,所以C不正确;该平衡体系中,一元有机弱酸HA在溶剂苯(B)和水(W)中的分配系数为K,K=C(HA)B/C(HA)W=1.0,即达到平衡后,以分子形式存在的HA在苯和水两种溶剂中的比例为1∶1;计算,所以D不正确,答案选ABD。
(6) 0.1000mol/L HA水溶液中氢离子的浓度是0.1000mol/L×0.1=0.01mol/L,其pH是2。恰好反应时,消耗氢氧化钠是20.00ml。又因为HA是弱酸,所以终点时溶液显碱性,因此图像为。
23.(10分)(1)一种气态烷烃和一种气态烯烃的混合物10g,其密度是相同条件下氢气密度的12.5倍,当此混合气体通过足量溴水时,溴水质量增重8.4 g,则这两种烃分别为 , ;体积比
(2)0.1mol某烃完全燃烧,生成10.8g H2O和11.2LCO2(标准状况下)。则该烃的分子式: ;在其同分异构体中,一氯代物只有一种的结构简式是:
(3)往一容积为10 L的密闭容器中充入2 mol N2、4 mol H2进行合成氨反应N2+3H22NH3。5 min后达到平衡,该合成反应5 min内的速率v(NH3)=" 0.02" mol/(L·min)。试求平衡时,容器中N2转化率是 。
正确答案
(1)CH4,C2H4;1:3 (2) C5H12 ; (3)25%
(1)密度是相同条件下氢气密度的12.5倍,则其相对分子质量是12.5×2=25。由于比25小的烃只有甲烷,因此烷烃是甲烷。甲烷和溴水不反应,所以溴水增加的质量就是烯烃的质量,即烯烃是8.4g,甲烷是1.6g,物质的量是0.1mol。混合气的物质的量是10g÷25g/mol=0.4mol,所以烯烃的物质的量是0.3mol,其相对分子质量是8.4÷0.3=28,即烯烃是乙烯,甲烷和乙烯的体积之比是1︰3.
(2)10.8g H2O和11.2LCO2(标准状况下)的物质的量分别是0.6mol和0.5mol。所以根据原子守恒可知,该烃的分子式为C5H12。在其同分异构体中,一氯代物只有一种的是新戊烷,正戊烷是3种,异戊烷是4种。新戊烷的结构简式为。
(11分)已知和
可以相互转化:
△H<0。现将一定量
和
的混合气体通入一个体积为2L的恒温密闭玻璃容器中,反应物浓度随时间变化关系如图。
(1)图中共有两条曲线X和Y,其中曲线________表示浓度随时间的变化;若在实现X、Y两条曲线变化过程中,共吸收
的热量,则该反应的热化学方程式为__________。
(2),反应
的平衡常数K(b)=__________;比较
在
时平均反应速率
与
时平均反应速率
的大小__________。
(3)反应时,若只改变了某一个条件,使曲线发生如上图所示的变化,该条件可能是________(用文字表达);其平衡常数K(d)_______K(b)(填“>”、“=”或“<”)。
(4)若要达到使的体积百分含量与d点相同的化学平衡状态,在
时还可以采取的措施是___________。
正确答案
(11分)(1)X(1分) 2NO2N2O4 △H=-56.9KJ/mol(2分)
(2)K,
(各2分)(3)增大
的浓度 =(各1分)(4)BD(2分)
(1)根据图像可知,曲线X的浓度变化量是曲线Y的浓度变化量的2倍,所以根据方程式可知,X曲线表示NO2的浓度随时间的变化。根据图像可知,N2O4的浓度减少了0.6mol/L-0.4mol/L=0.2mol/L,物质的量是0.4mol,所以消耗1molN2O4的反应热是22.76kJ÷0.4mol=56.9kJ/mol,因此热化学方程式是2NO2N2O4 △H=-56.9KJ/mol。
(2)根据图像可知,10min反应达到平衡,N2O4和NO2的浓度分别是0.4mol/L、0.6mol/L,所以反应的平衡常数是。根据图像可知,0~10min内N2O4的反应速率是0.2mol/L÷10min=0.02mol/(L·min),在25~30min内N2O4的反应速率是0.15mol/L÷5min=0.03mol/(L·min),所以
。
(3)根据图像可知,25min时NO2的浓度突然增大,而N2O4的浓度逐渐增大,所以改变的体积是增大了NO2的浓度;温度不变,所以平衡常数不变。
(4)催化剂不能改变平衡状态,A不正确;缩小容器容积,压强增大,平衡向正反应方向移动;升高温度,平衡向逆反应方向进行;加入一定量的N2O4,相当于增大压强,平衡向正反应方向进行,所以正确的答案选BD。
向某密闭容器中加入0.3mol A、0.1mol C和一定量的气体B三种气体,在一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如下面左图所示。下面右图为t2时刻后改变容器中条件,平衡体系中速率随时间变化的情况且t2—t5四个阶段都各改变一种条件,所用条件均不同。t3—t4阶段为使用催化剂。
(1)若t1=15s,则t0—t1阶段以C浓度变化表示的反应速率为v(C)= mol/(L∙s);
(2)若t2—t3阶段,C的体积分数变小,此阶段v正 v逆(填“大于”、“小于”或“等于”)
(3)B的起始物质的量为 mol;
(4)t1时刻,平衡常数K= ;
(5)t5—t6阶段容器内A的物质的量共减小0.03mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a KJ,写出该反应的热化学方程式 ;
(6)若t2时刻后图像变化如下图,则改变条件为
a.恒温恒压下,按照2:1比例充入任意量的B和C
b.恒温恒压下,加入0.24mol A、0.06mol B和0.14mol C
c.恒温恒压下,加入0.12mol A、0.1mol B和0.22mol C
d.恒温恒压下,加入0.14mol B和0.30mol C
正确答案
(1)0.004(2)小于(3)0.04(4)2.80
(5)3A(g)B(g)+2C(g) ΔH=+100a kJ∙mol-1(6)bd
试题分析:(1)若t1=15s,生成物C在t0~t1时间段的平均反应速率v==
mol/(L∙s)=0.004mol/(L∙s);(2)由题意知,t3~t4阶段与t4~t5阶段正逆反应速率都相等,而t3~t4阶段为使用催化剂,如t4~t5阶段改变的条件为降低反应温度,平衡移动发生移动,则正逆反应速率不相等,则t4~t5阶段应为减小压强;反应中A的浓度变化为0.15mol/L-0.06mol/L=0.09mol/L,C的浓度变化为0.11mol/L-0.05mol/L=0.06mol/L,反应中A与C的计量数之比为0.09:0.06=3:2,则该反应中气体的化学计量数之和前后相等,则有:3A(g)
B(g)+2C(g),若t2—t3阶段,C的体积分数变小,说明反应向逆反应方向进行,则v正
=2L,生成B的物质的量为0.03mol/L×2L=0.06mol,平衡时B的物质的量为0.05mol/L×2L=0.1mol,所以起始时B的物质的量为0.1mol-0.06mol=0.04mol;(4)在t1时刻,c(A)=0.06 mol/L,c(B)=0.05 mol/L,c(C)=0.11 mol/L,故平衡常数K=
=
=2.80;(5)反应的方程式为3A(g)
B(g)+2C(g),A的物质的量减少0.03mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为akJ,则A的物质的量减少3mol,与外界的热交换总量为100akJ,根据图象可知t5~t6阶段应为升高温度,A的物质的量减少,说明反应向正反应方向移动,则正反应吸热,故该反应的热化学方程式为3A(g)
B(g)+2C(g),△H=+100akJ•mol-1;(6)恒温恒压下反应图像变化达到平衡,一种反应速率瞬间减小,一种瞬间增大,最后达到平衡,3A(g)
B(g)+2C(g),则a不符,d符合,c不符,b符合
(6分)合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔,在催化剂作用下,进行甲醇合成,主要反应是:2H2(g) + CO(g) CH3OH(g) △H =-181.6kJ·mol-1。T4℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中加入CO、H2,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
⑴比较此时正、逆反应速率的大小:v正 v逆(填“>”、“<”或“=”)。
⑵若加入同样多的CO、H2,在T5℃反应,10 min后达到平衡,此时c(H2)=0.4 mol·L-1,则该时间内反应速率v(CH3OH) = mol·(L·min)-1。
⑶生产过程中,合成气要进行循环,其目的是 。
正确答案
⑴ > ⑵ 0.03 mol·L-1·min-1 ⑶ 提高原料CO、H2的利用率(或提高产量、产率亦可)。
(1)根据物质的浓度可知,此时<160,所以反应向正反应方向进行,即正反应速率大于逆反应速率。
(2)根据(1)可知,起始时氢气的浓度是1.0mol/L,所以在(2)中氢气的浓度变化量是0.6mol/L,则生成甲醇是0.3mol/L,则甲醇的反应速率是0.3mol/L÷10min=0.03 mol·L-1·min-1。
(3)生产过程中,合成气进行循环,可以提高原料CO、H2的利用率。
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