- 化学平衡
- 共20016题
已知A(g)+B(g)⇌C(g)+D(g) 反应过程中的能量变化如图所示,回答下列问题.
(1)该反应是______反应(填“吸热”、“放热”).当反应达到平衡时,升高温度,A的转化率______(填“增大”、“减小”或“不变”),
(2)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E的变化是______,(填“增大”、“减小”或“不变”)理由是______; E的大小对该反应的反应热有无影响?______.
(3)一定条件下,向体积为2L的恒容密闭容器中充入1mol A(g) 和3mol B(g),判断该反应达到平衡状态的依据是(填序号)______.
①c (A)=c (C) ②容器中压强不变
③混合气体的平均相对分子质量不变 ④v(逆)(D)=v (正)(B)
(4)在某温度下,反应物的起始浓度分别为:c(A)=1mol•L-1,c(B)=2.4mol•L-1,达到平衡后,A的转化率为60%,此时B 的转化率为______.
(5)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:c(A)=4mol•L-1,c(B)=amol•L-1,达到平衡后,c(C)=2mol•L-1,列出计算式并求出a值.
正确答案
(1)由图象可以看出反应物总能量大于生成物的总能量,则该反应的正反应为放热反应.
升高温度平衡向吸热反应移动,即向逆反应移动,A的转化率减小.
故答案为:放热;减小.
(2)催化剂改变了反应的历程降,低活化能,加快反应速率,反应热取决于反应物总能量与生成物的总能量,催化剂不能影响反应热.
故答案为:减小; 因为催化剂改变了反应的历程使活化能E降低; 无影响.
(3)①平衡时A、C浓度可能相等,但c A)=c(C)不能说明反应到达平衡,故①错误;
②由方程式可知,反应前后气体体积不变,恒容下压强不发生变化,故②错误;
③混合物的总质量不变,总的物质的量不变,混合气体的平均相对分子质量始终不变,故③错误;
④v(逆)(D)=v (正)(B),速率之比等于化学计量数之比,说明反应到达平衡,故④正确.
故选:④.
(4))△c(A)=60%×1mol•L-1=0.6mol•L-1,浓度变化量之比等于化学计量数之比,所以△c(B)=△c(A)=0.6mol•L-1,故此时B的转化率×100%=25%.
故答案为:25%
(5)由(4)可知平衡时,各物质的浓度为c(A)=0.4mol/L,c(B)=2.4mol/L-0.6mol/L=1.8mol/L,c(C)=c(D)=△c(B)=△c(A)=0.6mol/L,所以平衡常数k==
.
反应物的起始浓度分别为:c(A)=4mol•L-1,c(B)=amol•L-1;达到平衡后,c(C)=2mol•L-1,则生成的D为2mol•L-1,平衡时c(A)=2mol•L-1,c(B)=(a-2)mol•L-1;
温度不变,则平衡常数不变,则=
,a=6.
故答案为:6.
以煤为原料,经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叫煤化工.
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气.反应为:C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)△H=+131.3kJ•mo1-1
①该反应在高温下______自发进行(填“能”或“不能”)
②恒温下,在容积不变的密闭容器中,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是:______.
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.只有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ
(2)水煤气再进一步反应可制取氢气.反应为H2O(g)+CO(g)⇌H2(g)+CO2(g),某温度下该反应的平衡常数K=4/9.该温度下在甲、乙、丙三个恒温密闭容器中,只投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度下表所示.下列判断不正确的是______
A.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应最慢
B.平衡时甲中和丙中的H2的转化率均是60%
C.平衡时,丙中的c(CO2)是甲中的2倍,是0.102mol/L
D.平衡时,乙中的CO2的转化率大于60%
(3)目前工业上有一种方法是用CO2来制取甲醇.一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),下图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ•mo1-1)的变化.在体积为1L的恒容密闭容器中,冲入1mo1CO2和3mo1H2反
①下列措施中能使平衡混合物中c(CH3OH))增大的是______
A.升高温度
B.冲入He(g)使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离出来
D.再冲入1mo1CO2和3mo1H2
②在温度T1时,当反应达到平衡时,测得n(H2)=2.4mo1;其他条件不变,在温度T2时,当反应达到平衡时,测得n(CO2)=0.82mol,则得T1______T2(填“>”、“<”或“=”)
(4)在一定条件下科学家从烟道气中分离出CO2与太阳能电池电解水产生的H2合成甲醇(常温下为液体).CH3OH、H2的燃烧热分别为:△H=-725.5kJ/mo1、△H=-285.5kJmo1
①写出工业上以CO2、H2合成CH3OH和液态水的热化学方程式:______
②该转化的积极意义是______
有人提出,可以设计反应CO2=C+O2(△H>0、△S<0)来消除CO2对环境的影响.请你判断是否可行并说出理由:______.
正确答案
(1)该反应为熵增大,焓增大的反应,由△G=△H-T△S,△G<0反应可自发进行,可知该反应在高温时可以自发进行,常温下难以自发进行,故答案为:①能;
②Ⅰ由于有固体参加反应,当混合气体的密度不变时,气体的质量不变,说明达到平衡状态;
Ⅱ反应前后气体的体积不等,当容器内气体的压强不变时说明达到平衡状态;
Ⅲ反应前后气体的体积不等,混合气体的总物质的量不变,说明达到平衡状态;
ⅣCO物质的量浓度不变,说明达到平衡状态,则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都可说明达到平衡状态,
故答案为:D;
(2)A.丙中浓度最大,甲中浓度最小,浓度越大,反应速率越大,则反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应最慢,故A正确;
B. 以甲计算:
H2O(g)+CO(g)⇌H2(g)+CO2(g)
起始:0 0 0.010 0.010
转化:x x x x
平衡:x x 0.01-x 0.01-x
则=
,
x=0.006,则平衡时甲中的H2的转化率均是×100%=60%,由于甲和丙的气体的比值相同,为等效平衡状态,则丙中H2的转化率也为60%,故B正确;
C.由B计算可知,平衡时,丙中的c(CO2)是甲中的2倍,应为2×(0.01-0.006)mol/L=0.008mol/L,故C错误;
D.乙与甲相比较,相当于在甲的基础上通入H2,则平衡向逆反应方向移动,平衡时,乙中的CO2的转化率大于60%,故D正确.
故答案为:C;
(3)①反应物总能量大于生成物总能量,该反应的正反应放热,则
A.升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡混合物中c(CH3OH)减小,故A错误;
B.冲入He(g)使体系压强增大,但反应物的浓度不变,平衡不移动,故B错误;
C.将H2O(g)从体系中分离出来,生成物浓度减小,则平衡向正反应方向移动,平衡混合物中c(CH3OH))增大,故C正确;
D.再冲入1mo1CO2和3mo1H2,相当于在原来基础上增大压强,平衡向正反应方向移动,平衡混合物中c(CH3OH))增大,故D正确.
故答案为:CD;
②在温度T1时,当反应达到平衡时,测得n(H2)=2.4mo1,则平衡时n(CO2)=1mol-×(3mol-2.4mol)=0.8mol;其他条件不变,在温度T2时,当反应达到平衡时,测得n(CO2)=0.82mol,说明平衡向正反应方向移动,反应为放热反应,降低温度平衡向正反应方向移动,故答案为:>;
(4)①甲醇和氢气的燃烧热书写其热化学方程式分别为:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l),△H1=-1451kJ/mol;
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l),△H2=-571.6KJ/mol,
根据盖斯定律,反应CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l)
可以看成是方程式×②-①×
,所以△H=
×(-571.6KJ/mol)-(-1451kJ/mol)×
=-131.9KJ/mol,
故答案为:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l),△H=-131.9KJ/mol;
②该反应消耗二氧化碳,可降低温室效应,生成甲醇,可弥补资源短缺,故答案为:可降低温室效应和弥补资源短缺;
③该反应是一个焓增、熵减的反应,则△G=△H-T△S>0,不能自发进行,
故答案为:不可行,该反应是一个焓增、熵减的反应,所以不能自发进行.
反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)过程中的能量变化如图所示,回答下列问题
(1)该反应的反应物总能量________生成物的总能量(选填“小于”“大于”或“相等”)。
(2)当反应达到平衡时,若升高温度,A的转化率_____ (选填“增大”“减小”“不变”原因是_______________________;若增大压强,则V正_______V逆(选填“<”“>”“=”)。
(3)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化是:E1___________,E2__________ (填“增大”“减小”“不变”)。
正确答案
(1)大于
(2)减小;正反应放热,升高温度平衡逆向移动;=
(3)减小;减小
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)△H=-41kJ/mol
某小组研究在相同温度下该反应过程中的能量变化.他们分别在体积均为V L的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物,使其在相同温度下发生反应.相关数据如下:
(1)该反应过程中,反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量______(填“大于”、“小于”或“等于”)生成物分子化学键形成时所释放的总能量.
(2)容器①中反应达平衡时,CO的转化率为______%.
(3)下列叙述正确的是______(填字母序号).
A、平衡时,两容器中H2的体积分数相等
B、容器②中反应达平衡状态时,Q>65.6kJ
C、反应开始时,两容器中反应的化学反应速率相等υ(H2O)=mol/(L•min)D、容器①中,化学反应速率为
(4)已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O (g)△H=-484kJ/mol,写出CO完全燃烧生成CO2的热化学方程式:______.
(5)容器①中反应进行到t min时,测得混合气体中CO2的物质的量为0.6mol.若用200ml、5mol/L的NaOH溶液将其完全吸收,反应的离子方程式为(用一个离子方程式表示)______.
正确答案
(1)依据图表分析反应是放热反应,反应物化学键断裂时所吸收的总能量小于生成物分子化学键形成时释放的总能量;故答案为:小于;
(2)容器①中反应达平衡时,CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ/mol,反应放出热量为32.8 kJ;参加反应的一氧化碳物质的量=mol=0.8mol;
CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)
起始量(mol) 1 4 0 0
变化量(mol) 0.8 0.8 0.8 0.8
平衡量(mol) 0.2 3.2 0.8 0.8
CO的转化率=×100%=80%;
故答案为:80;
(3)A、反应前后气体体积不变,同比例投入反应物的起始量,平衡不动;两容器中H2的体积分数相等,故A正确;
B、反应前后气体体积不变,同比例投入反应物的起始量,平衡不动;反应热不变;故B错误;
C、反应②的浓度大于①,开始时②反应速率大;故C错误;
D、依据三段式计算,利用反应速率概念计算判断;容器①中v(H2O)=mol/L•min;故D错误;
故答案为:A
(4)①2H2(g)+O2(g)═2H2O (g)△H=-484kJ/mol,
②CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ/mol
依据盖斯定律②×2+①得到:2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566KJ/mol;
故答案为:2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566KJ/mol;
(5)n(CO2)=0,6mol;n(OH-)=0.2ml×5mol/L=1mol;
CO2+2OH-=CO32-+H2O;CO2+OH-=HCO3-;
依据反应n(CO2):n(OH-)=0.6:1=3:5可知反应生成产物有碳酸钠和碳酸氢钠,根据物质的量之比,利用直平法得到离子方程式:3CO2+5OH-=2CO32-+HCO3-+2H2O;
故答案为:3CO2+5OH-=2CO32-+HCO3-+2H2O;
(1)臭氧可用于净化空气、饮用水消毒、处理工业废物和作为漂白剂.
①臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应.如:
6Ag(s)+O3(g)═3Ag2O(s);△H=-235.8kJ/mol.
己知:2Ag2O(s)═4Ag(s)+O2(g);△H=+62.2kJ/mol,
则O3转化为O2的热化学方程式为______;
②科学家P.Tatapudi等人首先使用在酸性条件下电解水的方法制得臭氧.臭氧在阳极周围的水中产生,阴极附近的氧气则生成过氧化氢,阴极电极反应式为______.
(2)用活性炭还原法处理氮氧化物,有关反应为:
C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g).某研究小组向某密闭的真空容器(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)中加入NO和足量的活性炭,恒温(T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
①10min~20min以内v(CO2)表示的反应速率为______
②根据表中数据,计算T1℃时该反应的平衡常数K=______(保留两位小数);
③下列各项能作为判断该反应达到平衡状态的是______ (填序号字母);
A.容器内压强保持不变
B.2v正(NO)=v逆(N2)
C.容器内CO2的体积分数不变
D.混合气体的密度保持不变
④30min时改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是______;
⑤一定温度下,随着NO的起始浓度增大,则NO的平衡转化率______(填“增大”、“不变”或“减小”).
正确答案
(1)①a、6Ag(s)+O3(g)═3Ag2O(s);△H=-235.8kJ/mol.
b、2Ag2O(s)═4Ag(s)+O2(g);△H=+62.2kJ/mol
依据盖斯定律a×2+b×3得到:2O3(g)═3O2(g);△H=-285kJ/mol;故答案为:2O3(g)═3O2(g);△H=-285kJ/mol;
②由阳极制得臭氧,阴极制得过氧化氢.电解总方程式为:3H2O+3O2═3H2O2+O3,阳极反应为3H2O=O3+6H++6e-,阴极反应为6H++3O2+6e-=3H2O2;
故答案为:6H++3O2+6e-=3H2O2;
(2)①10min~20min以内v(CO2)表示的反应速率==0.009mol/L•min;故答案为:0.009mol/L•min;
②T1℃时该反应平衡浓度为,c(N2)=0.3mol/L;c(CO2)=0.3mol/L;c(NO)=0.4mol/L; K==
=0.56;故答案为:0.56;
③C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g).反应是气体体积不变的反应;
A.反应是气体体积不变的反应,反应过程中和反应平衡状态压强相同,所以容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡,故A错误;
B.反应速率之比等于化学方程式系数之比,当v正(NO)=2v逆(N2),反应达到平衡,v正(NO)=2v正(N2)z只能说明反应正向进行,故B错误;
C.容器内CO2的体积分数不变,说明反应达到平衡,故C正确;
D.混合气体密度等于质量除以体积,反应中碳是固体,平衡移动气体质量变化,体积不变,所以混合气体的密度保持不变,说明反应达到平衡,故D正确;
故选CD;
④30min时改变某一条件,反应重新达到平衡,依据平衡常数计算得到c(N2)=0.34mol/L;c(CO2)=0.17mol/L;c(NO)=0.32mol/L;K==
=0.56,化学平衡常数随温度变化,平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度;依据数据分析,氮气浓度增大,二氧化碳和一氧化氮浓度减小,反应前后气体体积不变,所以可能是减小溶液体积后加入氮气;故答案为:减小体积,增大氮气浓度;
⑤一定温度下,随着NO的起始浓度增大,C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g).反应是气体体积不变的反应;增大一氧化氮浓度相当于增大体系压强,平衡不动,一氧化氮转化率不变;
故答案为:不变;
近年来我国汽车拥有量呈较快增长趋势,汽车尾气已成为重要的空气污染物.在汽车上安装三效催化转化器,可使汽车尾气中的主要污染物(CO、NOx、碳氢化合物)进行相互反应,生成无毒物质,减少汽车尾气污染.
(1)已知:N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.5kJ/mo1
2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H=-221.0kJ/mo1
2(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.5kJ/mo1
尾气转化的反应之一:2NO(g)+2CO(g)═N2(g)=2CO2(g)△H=______.
(2)某研究性学习小组在技术人员的指导下,在某温度时,按如图所示的流程探究某种催化剂作用下的反应速率,用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响);
①前2s内的平均反应速率v(N2)=______.
②在该温度下,反应的平衡常数K=______L•mo1-1(写出计算结果).
③对于该可逆反应,通过综合分析以上信息,至少可以说明______(填字母)
A.该反应的反应物混合后很不稳定
B.该反应一旦发生将在很短的时间内完成
C.该反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小
D.该反应在一定条件下能自发进行
E.该反应使用催化剂意义不大
(3)为节约能源,减少污染,该研究小组继续探究一种高铁电池,这是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压.高铁电池的总反应为:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,该电池放电时负极反应式为______,每有1mo1K2FeO4被还原,转移电子的物质的量为______,充电时阳极反应式为______.
正确答案
(1)已知:①N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.5kJ•mol-1
②2C(s)+O2(g)=2CO(g)△H=-221.0kJ•mol -1
③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ•mol -1
得出反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)的△H=-180.5kJ•mol -1+221.0kJ•mol -1+2(-393.5kJ•mol -1)=-746.5 kJ•mol-1,
故答案为:-746.5kJ•mol-1;
(2)①前2s内的平均反应速率v (NO)==3.75×10-4mo•L-1•s-1,v(N2)=
v(NO)=1.875×10-4mo•L-1•s-1,
故答案为:1.875×10-4mo•L-1•s-1;
②2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)
初始浓度:10×10-4 3.6×10-3mol 0 0
变化浓度:9×10-4 9×10-4 9×10-4 9×10-4
平衡浓度:1×10-4 2.7×10-3 9×10-4 9×10-4
平衡常数K==5000,
故答案为:5000;
③A.该反应的反应物混合后很稳定,故A错误;
B.该反应一旦发生,将在很短的时间内完成,故B正确;
C.该反应进行的程度大,反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小,故C正确;
D.该反应的判据△H-T△S<0,在一定条件下能自发进行,故D正确;
E.该反应使用催化剂能加快反应速率,故E错误;
故选:BCD;
(4)放电时,Zn为负极,失去电子,发生电极反应:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2;
K2FeO4中铁的化合价由+6变化为+3,化合价降低3,所以每有1mo1K2FeO4被还原,转移电子的物质的量为3mo1,
正反应中Fe元素的化合价降低,K2FeO4为正极,则充电时为阳极,发生氧化反应:Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O;
故答案为:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2;3mo1;Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O.
二甲醚(CH3OCH3)是一种高效、清洁,具有优良环保性能的新型燃料.工业上制备二甲醚时在催化反应室中(压强2.0~10.0MPa,温度230~280℃)进行的反应为:
①CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H1=-90.7kJ•mol-1,
②2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ•mol-1,
③CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ•mol-1,
(1)催化反应室中总反应3CO(g)+3H2(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=______.
(2)在温度和容积不变的条件下发生反应①,能说明该反应达到化学平衡状态的依据是______(多选扣分).
a.容器中压强保持不变;b.混合气体中c(CO)不变;c.v正(CO)=v逆(H2);d.c(CH3OH)=c(CO)
(3)在2L的容器中加入amo1CH3OH(g)发生反应②,达到平衡后若再加入amo1CH3OH(g)重新达到平衡时,CH3OH的转化率______(填“增大”、“减小”或“不变”).
(4)850℃时在一体积为10L的容器中通入一定量的CO和H2O(g)发生反应③,CO和H2O(g)浓度变化如图所示.
①0~4min的平均反应速率υ(CO)=______.
②若温度不变,向该容器中加入4mo1CO、2mo1H2O、3mo1CO2(g)和3mo1H2(g),起始时D正______V逆(填“<”、“>”或“=”),请结合必要的计算说明理由______.
正确答案
(1)①CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H1=-90.7kJ•mol-1,
②2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ•mol-1,
③CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ•mol-1,
依据盖斯定律①×2+②+③:3CO(g)+3H2(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=-246.1KJ/mol;
故答案为:3CO(g)+3H2(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=-246.1KJ/mol;
(2)CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g),反应是气体体积减小的放热反应;
a.反应前后气体体积变化,容器中压强保持不变,证明反应达到平衡,故a正确;
b.平衡状态的标志是物质浓度 保持不变,混合气体中c(CO)不变说明反应达到平衡,故b正确;
c.依据化学方程式反应达到平衡时2v正(CO)=v逆(H2)证明反应达到平衡,故C错误;
d.反应过程中c(CH3OH)=c(CO)说明剩余一氧化碳和生成甲醇浓度相同,但不能证明正逆反应速率相同,故d错误;
故答案为:ab;
(3)在2L的容器中加入amo1CH3OH(g)发生反应②,反应前后气体体积不变,达到平衡后若再加入amo1CH3OH(g)相当于增大压强,平衡不变,CH3OH的转化率不变
故答案为:不变;
(4)①图象分析平衡后一氧化碳浓度变化为0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L;V(CO)==0.03mol/L•min;
故答案为:0.03mol/L•min;
②若温度不变,向该容器中加入4mo1CO、2mo1H2O、3mo1CO2(g)和3mo1H2(g),Qc==
,K=
=1
因为Qc>K,平衡左移,V正<V逆
故答案为:<;因为Qc>K,平衡左移,所以V正<V逆.
在海底和青藏高原都发现了名为“可燃冰”的环保型新能源,主要成分是CH4,CH4在光照下可与Cl2反应,也可以用CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇等新型燃料.
(1)CH4可与Cl2反应,其反应机理如下:
(2)Cl2→2Cl2△H=+243kJ•mol-1
①Cl2→2Cl △H=+243KJ• mol-1
②Cl+CH4→CH3+HCl △H=+4KJ•mol-1
③CH3+Cl2→CH3Cl+Cl △H=-106KJ•mol-1
则CH4与Cl2反应生成CH3Cl(g)的热化学方程式为:
(2)在一定条件下,发生反应:CH4(g)+H2O(g)
ClO(g)+3H2(g)△H>0.
在其它条件不变的情况下降低温度,逆反应速率将______(填“增大”、“减小”或“不变”).若在2L密闭容器中发生反应,T℃时,通入2mol CH4(g)和2mol H2O(g),反应达平衡后,生成l mol CO,此时向容器中同时加入1mol CO和3molH2的混合气体(保持温度不变),则平衡将______(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动,达到新平衡后平衡常数______
(3)CH4(g)和H2O(g)生成的CO和H2在一定条件下可发生反应CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H=-90.1kJ•mol-1,恒容条件下达平衡,下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO)增大的有______.(选填序号).
a.再充入1mol H2 b.使用健化剂 c.再充入2mol CO d.升高温度
(4)CH4可用于设计燃料电池,甲烷燃料电池的工作原理如下图所示:
则正极的电极反应式为:______;
反应一段时间后溶液的pH______(填“升高”、“降低”或“不变”).
正确答案
(1)根据盖斯定律反应CH4(g)+Cl2(g)=CH3Cl(g)+HCl(g)可看成反应②+③得到,则△H=△H②+△H③;
所以CH4与Cl2反应生成CH3Cl(g)的热化学方程式为:CH4(g)+Cl2(g)→CH3Cl(g)+HCl(g)△H=-102 kJ•mol-1,故答案为:CH4(g)+Cl2(g)→CH3Cl(g)+HCl(g)△H=-102 kJ•mol-1;
(2)因温度对正逆反应速率的影响一致,降低温度反应速率减小,故答案为:减小;
根据等效平衡可知压强增大,平衡向气体体积减小的方向移动,即向逆反应方向移动,T℃时,通入2mol CH4(g)和2mol H2O(g),反应达平衡后时,有
CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)
起始(mol/L) 1 1 0 0
反应(mol/L) 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡(mol/L) 0.5 0.5 0.5 1.5
所以平衡常数K==6.75,
平衡常数只与温度有关,与物质的起始浓度无关,所以此时向容器中同时加入1mol CO和3molH2的混合气体(保持温度不变),达到新平衡后平衡常数仍然为6.75,故答案为:向逆反应方向;不变;
(3)a、再充入1mol H2,平衡向正反应方向移动,n(CH3OH)/n(CO)增大,故a正确;
b、使用催化剂,化学反应加快,但平衡不移动,n(CH3OH)/n(CO)不变,故b错误;
c、再充入2molCO,平衡虽然向正反应方向移动,n(CH3OH)、n(CO)的物质的量增大,但n(CO)增加得更多,二者比值减少,故c错误;
d、升高温度,平衡向逆反应方向移动,n(CH3OH)/n(CO)减小,故d错误;
故选:a;
(4)氧气得到电子,电极反应为:O2+4e-+2H2O=4OH-,该电池的反应式为2O2+CH4+2OH-═CO32-+3H2O,消耗了溶液中的氢氧根离子,且有溶剂水生成,导致溶液中氢氧根离子的浓度降低,故答案为:O2+4e-+2H2O=4OH-;降低;
科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究.
(1)目前合成氨的技术原理为:(g)+3H2(g)⇌2NH3(g);△H=-92.4kJ/molN2
该反应的能量变化如图1所示.
①在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E2的变化是:______.(填“增大”、“减小”或“不变”).
②将一定量的N2(g)和H2(g)放入1L的密闭容器中,在500℃、2×107Pa下达到平衡,测得N2为0.1mol,H2为0.3mol,NH3为0.1mol.该条件下H2的转化率为______.
③欲提高②容器中H2的转化率,下列措施可行的是______.
A.向容器中按原比例再充入原料气
B.向容器中再充入惰性气体
C.改变反应的催化剂
D.液化生成物分离出氨
(2)1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传导H+),从而实现了高转化率的电解法合成氨.其实验装置如图2所示.阴极的电极反应式为______.
(3)根据最新“人工固氮”的研究报道,在常温、常 压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3和TiO2)表面与水发生下列反应:2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g);△H=a kJ/mol
进一步研究NH3生成量与温度关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如下:
①此合成反应的a______0.(填“大于”、“小于”或“等于”)
N2(g)+3H2(g)2NH3(g);△H=-92.4kJ/mol
②已知
O2(g)+2H2(g)2H2O(l);△H=-571.6kJ/mol则2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g);△H=kJ/mol
(4)NH4Cl溶液呈酸性,这是由于N水解的缘故.则NH4Cl在重水(D2O)中水解的离子方程式是______.
正确答案
(1)①催化剂可以降低反应的活化能,增大反应速率,而E1即为活化能,E2=E1+△H,所以E2会减小,
故答案为:减小;
②根据化学方程式:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)
初始浓度; 0.6 0.45 0
变化浓度:0.5 0.15 0.1
平衡浓度:0.1 0.3 0.1
×100%≈33.3%,故答案为:33.3%;
③根据化学平衡:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g),
A.向容器中按原比例再充入原料气,则压强增大,平衡向右移动,氢气的转化率增大,故A正确;
B.向容器中再充入惰性气体,则各组分浓度不变,平衡不移动,氢气的转化率不变,故B错误;
C.改变反应的催化剂,不影响平衡的移动,氢气的转化率不变,故C错误;
D.液化生成物分离出氨,平衡向右移动,氢气的转化率增大,故D正确;
故选AD.
(2)电解池的阴极发生得电子的还原反应,在合成氨中,氮气得电子,所以阴极反应为:N2+6H++6e-=2NH3,
故答案为:N2+6H++6e-=2NH3;
(3)①温度对化学平衡移动方向的影响是:温度越高,氨气的量越大,所以升高温度,平衡向右进行,反应是吸热反应,故答案为:大于;
②已知:a、N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g);△H=-92.4kJ/mol;
b、O2(g)+2H2(g)═2H2O(l);△H=-571.6kJ/mol,
则反应2N2(g)+6H2O(l)═4NH3(g)+3O2(g)等于2a-3b;
所以△H=2×(-92.4kJ/mol)-3×(-571.6kJ/mol)=+1530.0kJ/mol,
故答案为:1530.0;
(4)NH4Cl在重水(D2O)中水解的实质是铵根和中水中的OD-反应的结果,离子方程式是NH4++D2O⇌NH3•HDO+D+,故答案为:NH4++D2O⇌NH3•HDO+D+.
目前工业上有一种用CO2来生产燃料甲醇的方法,可以将CO2变废为宝.
(1)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=_1275.6kJ•mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=_556.0kJ•mol-1
③H2O(l)=H2O(g)△H=+44.0kJ•mol-1
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______
(2)某同学利用甲醇燃料电池为电源,设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如图),通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色.则电源中a极为______极(填“正”或“负”),其电极反应式为______.装置上端A极电极材料是______(填化学式),B电极上的电极反应式为______.
(3)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2L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该反应的正反应为______(填“吸”或“放”)热反应.
②实验1中,以v(H2)表示的平均反应速率为______.
③900℃时,按CO(g)、H2O(g)、CO2(g) 和 H2(g)的物质的量分别是0.8mol、1.0mol、0.6mol和0.8mol分别加入该容器,则此时反应的v(正)______v(逆)(填“>”“<”或“=”中之一).
④实验3跟实验2相比,改变的条件可能是______.
正确答案
(1)①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=_1275.6kJ•mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=_556.0kJ•mol-1
③H2O(l)=H2O(g)△H=+44.0kJ•mol-1
依据热化学方程式和盖斯定律①-②-③×4得到CH3OH(l)+O2(g)=CO (g)+2H2O(l)△H=_447.8 kJ•mol-1;
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO (g)+2H2O(l)△H=_447.8 kJ•mol-1;
(2)甲醇燃料电池为电源电解法制取Fe(OH)2的实验装置,通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色,说明氢氧化亚铁在B电极附近生成,所以电极A为电解池的阳极,B为电解池的阴极,电源a为正极,电极反应为氧气得到电子得到电子发生还原反应,O2+4e-+2H2O=4OH-;连接正极的A电极是铁,目的是铁做阳极失电子生成亚铁离子,和阴极生成的氢氧根离子反应生成白色沉淀氢氧化亚铁;b为负极,连接电极B电极反应为:2H++2 e-=H2↑;
故答案为:正,O2+4e-+2H2O=4OH-,Fe,2H++2 e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2+2OH-);
(3)①CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g),反应前后气体体积不变,起始量减少一半,平衡不动,应平衡时二氧化碳浓度为0.8mol/L,所以依据图表数据可知温度升高平衡状态向逆向进行,说明正反应是放热反应;
故答案为:放;
②CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)
起始量(mol)2 4 0 0
变化量(mol)1.6 1.6 1.6 1.6
平衡量(mol)0.4 2.4 1.6 1.6
实验1中,以v(H2)表示的平均反应速率==0.16mol/(L•min);
故答案为:0.16mol/(L•min);
③900°C平衡状态下平衡常数计算为
CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)
起始量(mol) 1 2 0 0
变化量(mol) 0.4 0.4 0.4 0.4
平衡量(mol)0.6 1.6 0.4 0.4
K==
=0.17
按CO(g)、H2O(g)、CO2(g) 和 H2(g)的物质的量分别是0.8mol、1.0mol、0.6mol和0.8mol分别加入该容器
Qc==
=0.6>K
反应逆向进行,v(正)<v(逆)
故答案为:<;
④实验3跟实验2相比,达到相同的平衡状态,反应前后气体体积不变,反应速率增大,说明增大压强或加入催化剂符合,改变的条件可能是使用了催化剂;加大了压强;
故答案为:使用了催化剂;加大了压强;
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