- 化学平衡
- 共20016题
随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了各国的普遍重视.目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇.一定条件下,在体积为3L的密闭容器中,一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO):
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
根据题意完成下列各题:反应达到平衡时,
(1)平衡常数表达式K=______,升高温度,K值______(填“增大”、“减小”或“不变”).
(2)在500℃,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=______(用 nB tB 表示)
(3)在其他条件不变的情况下,对处于E点的体系体积压缩到原来的,下列有关该体系的说法正确的是______
a.氢气的浓度减少
b.正反应速率加快,逆反应速率也加快
c.甲醇的物质的量增加
d.重新平衡时增大
(4)据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变,原因是:______(用化学方程式表示).
(5)使用燃料电池是节能减排的重要手段之一.CO和H2(俗称水煤气)燃料电池就是其中的一种,该电池的两极分别通入燃料气(水煤气)和氧气.电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-.水煤气在一定条件下可以合成二甲醚,同时还产生一种可以参与大气循环的无机化合物,3CO+3H2=CH3OCH3+CO2 或 2CO+4H2=CH3OCH3+H2O.上述水煤气燃料电池的负极反应方程式:(写1个)______.
(6)如图是丙烷、二甲醚燃烧过程中能量变化图,其中x为各自反应中对应的系数.根据该图写出二甲醚燃烧的热化学方程式:______
正确答案
(1)平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,根据反应方程式可知,平衡常数为K=,由图象可知,当温度升高时,甲醇的物质的量减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则平衡常数减小,
故答案为:K=; 减小;
(2)由图象可知,时间达到tB时,甲醇的物质的量为nB,则甲醇的反应速率为v(CH3OH)=mol•(L•min)-1,由方程式可知v(H2)=2v(CH3OH)=
mol•(L•min)-1,
故答案为:mol•(L•min)-1;
(3)在其他条件不变的情况下,对处于E点的体系体积压缩到原来的,体系的压强增大,正逆反应速率增大,平衡向正反应方向移动,甲醇的物质的量增加,由于温度不变,则平衡常数不变,达新平衡时,虽然氢气反应一部分,但由于体积的影响大于平衡移动的影响,则氢气的浓度增大,
故答案为:bc;
(4)Cu2O能被CO还原生成CO2和Cu,该反应为可逆反应,反应体系中通入少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变,反应为Cu2O+CO
2Cu+CO2,
故答案为:Cu2O+CO
2Cu+CO2;
(5)CO和H2都具有还原性,为燃料电池的负极,被氧化失去电子生成CO2和H2O,电极反应为CO+O2--2e-=CO2,或H2+O2--2e-=2H2O,
故答案为:CO+O2--2e-=CO2,H2+O2--2e-=2H2O;
(6)由图象可知生成1mol水时,二甲醚燃烧放出485KJ的热量,则生成3mol水,放出的热量为3×485KJ=1455KJ,
所以热化学方程式为CH3OCH3(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1455kJ•mol-1,
故答案为:CH3OCH3(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1455kJ•mol-1.
乙醇是重要的化工原料和液体燃料,可以利用下列反应制取乙醇:
2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K=______.
(2)请说明以CO2为原料合成乙醇的优点是______(只要求写出一条).
(3)在一定压强下,测得该反应的实验数据如下表:
①该反应是______反应(填“吸热”或“放热”).
②一定条件下,若提高氢碳比[n(H2)/n(CO2)],则CO2的转化率______;平衡常数K______.(填“增大”、“减小”、或“不变”)
(4)在下图的坐标系中作图说明压强变化对该反应化学平衡的影响,并对图中横坐标、纵坐标的含义作必要的标注.
(5)一种乙醇燃料电池中发生的化学反应为:在酸性溶液中乙醇与氧作用生成水和二氧化碳.该电池的负极反应式为:
______.
(6)25℃、101kPa下,H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是285.8kJ•mol-1、1411.0kJ•mol-1和1366.8kJ•mol-1,请写出由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的热化学方程式______.
正确答案
(1)2CO2(g)+6H2(g)=CH3CH2OH(g)+3H2O(g),依据反应化学方程式,结合化学平衡常数的概念列式写出平衡常数表达式为:;
故答案为:;
(2)以CO2为原料合成乙醇,减少二氧化碳造成的温室效应,废弃物利用,有利于环保;
故答案为:废弃物利用,有利于环保;
(3)①由图表分析判断,随温度升高,二氧化碳转化率减小,说明平衡逆向进行,逆向是吸热反应,正向是放热反应;
故答案为:放热;
②一定条件下,若提高氢碳比[n(H2)/n(CO2)],图表数据分析,同温度下,二氧化碳转化率增大,平衡常数随温度变化,不随浓度变化;
故答案为:增大 不变;
(4)化学平衡是放热反应,反应前后气体体积减小,增大压强,平衡正向进行,二氧化碳和氢气含量减小,乙醇含量增大;压强做横轴,物质含量做纵轴,画出图象
故答案为:
;
(5)酸性条件下,乙醇在负极发生氧化反应生成二氧化碳,则负极反应为C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+,
故答案为:C2H5OH+3H2O-12e-═2CO2+12H+;
(6)已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是-285.8kJ/mol、-1411.0kJ/mol和-1366.8kJ/mol,
则有:①H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol;
②C2H4(g)+2O2(g)=2H2O(l)+2CO2(g)△H=-1411.0kJ/mol;
③C2H5OH(l)+2O2(g)=3H2O(l)+2CO2 (g)△H=-1366.8kJ/mol;
根据盖斯定律 ②-③
可得:C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l)△H=-44.2kJ/mol,
故答案为:C2H4(g)+H2O(l)═C2H5OH(l);△H=-44.2 kJ/mol-1;
一定条件下,在体积为3L的密闭容器中化学反应CO(g)+2H2(g)-CH3OH(g)达到平衡状态.
(1)该反应的平衡常数表达式K=______,根据上图降低温度K将______(填“增大”、“减小”或“不变”.
(2)500℃时,从反应开始到达到平衡状态,以CO的浓度变化表示的化学反应速率是v(CO)=______(用nB,tB表示).
(3)判断可逆反应达到平衡状态的标志是______(填字母).
a.v生成(CH3OH)=v消耗(CO) b.混合气体的密度不再改变
c.容器内气体的压强保持不变 d.CO、H2、CH3OH的浓度不再改变
(4)300℃时,将容器的体积增大1倍,在其他条件不变的情况下,对平衡体系产生的影响是______(填字母).
a.c(H2)增大 b.正反应速率减慢,逆反应速率加快
c.CH3OH的物质的量减小 d.重新平衡时c(H2)/c(CH3OH)增大.
正确答案
(1)CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)化学平衡常数k=;
根据图象可知,温度越低,甲醇的含量越高,说明降低温度平衡向正反应移动,平衡常数增大,
故答案为:;增大;
(2)v(CH3OH)==
mol/(L•min),速率之比等于化学计量数之比,故v(CO)=v(CH3OH)=
mol/(L•min),
故答案为:mol/(L•min);
(3)a.v生成(CH3OH)=v消耗(CO),都表示正反应速率,始终按此比例进行,不能说明反应到达平衡,故a错误;
b.混合气体的总质量不变,容器的容积不变,混合气体的密度始终不变,混合气体的密度不再改变,不能说明到达平衡,故b错误;
c.随反应进行,容器内混合气体的总的物质的量减小,压强降低,容器内气体的压强保持不变,说明到达平衡,故c正确;
d.平衡时各组分的浓度不变,CO、H2、CH3OH的浓度不再改变,说明到达平衡,故d正确;
故答案为:cd;
(4)a.300℃时,将容器的体积增大1倍,压强减小,平衡向逆反应方向移动,但平衡移动不能消除浓度减小,故c(H2)减小,故a错误;
b.300℃时,将容器的体积增大1倍,压强减小,正、逆反应速率都减小,正反应速率减小更多,平衡向逆反应方向移动,故b错误;
c.300℃时,将容器的体积增大1倍,压强减小,平衡向逆反应方向移动,CH3OH的物质的量减小,故c正确;
d.300℃时,将容器的体积增大1倍,压强减小,平衡向逆反应方向移动,氢气物质的量增大,甲醇的物质的量减小,故重新平衡时c(H2)/c(CH3OH)增大,故d正确;
故答案为:cd.
工业合成氨反应:N2+3H2
2NH3,在一定条件下已达到平衡状态.
(1)若降低温度,会使上述平衡向生成氨的方向移动,生成每摩尔氨的反应热数值是46.2KJ/mol,则该反应的热化学方程式为______.
(2)若在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合的气体通入一个容积为2升固定容积的密闭容器中,5分钟后反应达平衡时,n(N2)=1.2mol,n(H2)=1.2mol,n (NH3)=0.8mol,则反应速率V(N2)=______mol•L-1•min-1,H2的转化率=______,平衡常数=______.若保持容器的温度和容积不变,将上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍,则平衡______(填向左﹑向右或不移动)移动.
(3)若在恒温恒压条件下,将1molN2与3molH2的混合气体通入一个容积可变的容器中发生反应,达平衡后,生成a molNH3,这时N2的物质的量为______mol,(用含a的代数式表示);若开始时只通入N2与H2,达平衡时生成3amolNH3,则开始时应通入N23mol,H2=______mol(平衡时NH3 的质量分数与前者相同);若开始时通入x molN2﹑6molH2 和2mol NH3,达平衡后,N2和NH3的物质的量分别为y mol和3a mol,则x=______mol,y=______mol(用含a的代数式表示)
正确答案
(1)因降低温度,平衡向生成氨的方向移动,则正反应为放热反应,生成2molNH3的△H=-46.2KJ/mol×2=-92.4KJ/mol,则热化学方程式为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H=-92.4KJ/mol,
故答案为:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H=-92.4KJ/mol;
(2)5分钟后反应达平衡时,n(N2)=1.2mol,n(H2)=1.2mol,n (NH3)=0.8mol,
设参加反应的氮气的物质的量为x,则参加反应的氢气的物质的量为3x,则
N2+3H2
2NH3,
1 3 2
x 3x 0.8mol
=
,x=0.4mol,
反应速率V(N2)==0.04mol/L.mim,
氢气的转化率为×100%=50%,
平衡时的浓度分别为c(N2)=0.6mol/L、c(H2)=0.6mol/L,c (NH3)=0.4mol/L,
则平衡常数K==1.23(mol/L)-2,
上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍,相当于缩小体积,则压强增大,化学平衡正向移动,即向右移动,
故答案为:0.04;50%;1.23(mol/L)-2;向右;
(3)设生成amolmolNH3转化的N2的物质的量为y,则
N2+3H2
2NH3,
1 2
x amol
=
,x=
mol,
则平衡时氮气的物质的量为1mol-mol=
mol,
又在恒温恒压条件1molN2与3molH2的混合气体通入一个容积可变的容器中发生反应,达平衡后,生成a molNH3,
则只通入N2与H2,达平衡时生成3amolNH3,则开始时应通入N23mol,且平衡时NH3 的质量分数与前者相同,
及极限转化后起始的量与原起始量成正比,故H2的物质的量为3mol×3=9mol,
若开始时通入x molN2﹑6molH2和2molNH3,将2molNH3极限转化为反应物,则相当于开始加入(x+1)molN2﹑(6+3)molH2,
达平衡后,NH3的物质的量3amol,
则(x+1)mol:(6+3)mol=1:3,解得x=2mol,
由恒温恒压条件,两种情况中起始的反应物的物质的量成正比,则平衡时各物质的含量成正比,
则1molN2与3molH2的混合气体通入发生反应时平衡时氮气的物质的量为mol,
故开始时通入2molN2﹑6molH2和2molNH3的混合气体通入发生反应时平衡时氮气的物质的量为mol×3=
mol,
故答案为:;9;2;
.
化学在能源开发与利用中起着十分重要的作用.
(1)蕴藏在海底的“可燃冰”是高压下形成的外观酷似冰的甲烷水合物.我国南海海底有丰富的“可燃冰”资源.取365g分子式为CH4•9H2O的“可燃冰”,将其释放的甲烷完全燃烧生成CO2和H2O(l),可放出1780.6kJ的热量,则甲烷燃烧的热化学方程式为______.
(2)甲醇是重要的基础化工原料,又是一种新型的燃料,制取甲醇的传统方法是采用CuO-ZnO/γ-Al2O3为催化剂,合成反应为:CO+2H2CH3OH.生产中一些工艺参数如图所示.该反应为______(填“吸热”或“放热”)反应.说明你作出判断的依据______.
最近有人制造了一种燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极加入甲醇,电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-离子.该电池的正极反应式为______.电池工作时,固体电解质里的O2-向______极推动.
正确答案
(1)365g中甲烷的物质的量为=2mol,其完全燃烧生成CO2和H2O(l),可放出1780.6kJ的热量,则1mol甲烷其完全燃烧放出热量890.3 kJ,则甲烷燃烧的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3 kJ•mol-1,故答案为:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3 kJ•mol-1;
(2)由图可知:论在何种压强下,都是温度越高,CO的转化率越小,说明正反应放热,
故答案为:放热;由图知,不论在何种压强下,都是温度越高,CO的转化率越小;
(3)根据原电池原理,正极O2得到电子生成负极O2-:O2+4e-=2O2-,电池中阴离子向负极移动,故答案为:O2+4e-=2O2-;负.
氨气在农业和国防工业都有很重要的作用,历史上诺贝尔化学奖曾经有3次颁给研究氮气与氢气合成氨的化学家.
(1)如图1表示了298K时氮气与氢气合成氨反应过程中的能量变化,据此请回答:
①写出氮气与氢气合成氨的热化学反应方程式:______
②对于合成氨的反应下列说法正确的是______(填编号)
A、该反应在任意条件下都可以自发进行
B、加入催化剂,能使该反应的E和△H都减小
C、若反应在298K、398K时的化学平衡常数分别为K1、K2,K1>K2
D、该反应属于人工固氮
(2)现在普遍应用的工业合成氮的方法N2+3H2⇌2NH3,是哈伯于1905年发明的,但此法达到平衡时反应物的转化率不高.
①能使该反应的反应速率增大,且平衡向正方向移动的措施是______(填编号)
A、使用的更高效催化剂
B、升高温度
C、及时分离出氨气
D、冲入氮气,增大氮气的浓度(保持容器体积不变)
②若在某温度下、2L的密闭容器中发生N2+3H2⇌2NH3的反应,如图2表示N2的物质的量随时间的变化曲线.用H2表示0~10min内该反应的平速率v(H2)=______.从1min起,压缩容器的体积为1L,则n(N2)的变化曲线为______(填编号)
A、a B、b C、c D、d
(3)随着对合成氨研究的发展,2001年两位希腊化学家提出了电解合成氨的方法,即在常压下吧氢气和用氦气稀释的氮气,分别通入一个加热到500℃的电解池中,采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)为介质理用吸附在它内外表面上的金属但多晶薄膜像电噪,实现了常压、570℃条件下高转化率的电解法合成氮(装置如图3).
请回答:铠电极是电解池的______极(填“阳“或“阴“),该极上的电极反应式是______.
正确答案
(1))①由图1可知,1molN2(g)与3molH2(g)完全反应生成2molNH3(g)的反应热为508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol,
所以合成氨的热化学反应方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H═-92kJ/mol,
故答案为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H═-92kJ/mol;
②A、该反应为焓减熵减,△H-T△S<0,反应自发进行,故应在低温下可能自发进行,故A错误;
B、加入催化剂降低活化能,不影响反应热,故B错误;
C、该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应移动,平衡常数降低,故C正确;
D、工业合成氨是人工固氮,故D正确.
故选:CD;
(2)①A、使用的更高效催化剂,反应加快,不影响平衡移动,故A错误;
B、升高温度,反应加快,平衡向吸热反应移动,即向逆反应移动,故B错误;
C、降低生成物浓度,速率降低,平衡向正反应移动,故C错误;
D、冲入氮气,增大氮气的浓度,速率加快,平衡向体积减小方向移动,即平衡向正反应移动,故D正确.
故选:D;
②由图2可知,0~10min内氮气的物质的量变化为0.6mol-0.2mol=0.4mol,所以v(N2)==0.02mol/(L•min),
速率之比等于化学计量数之比,所以v(H2)=3v(N2)=3×0.02mol/(L•min)=0.06mol/(L•min),
压缩体积,增大压强,平衡向正反应移动,改变瞬间n(N2)不变,平衡时n(N2)减小,故选D,
故答案为:0.06mol/(L•min);D;
(3)由图3可知,氮气在铠电极放电生成氨气,所以铠电极为阴极,在电解池中,阴极发生得电子的还原反应,氮气得电子的过程为:N2+6e-+6H+=2NH3,
故答案为:N2+6e-+6H+=2NH3.
甲醇是一种非常好的燃料.熔点-97.8°C,沸点64.5°C.一定条件下,CO与H2反应可制得甲醇:CO+2H2 CH3OH
图1表示该反应进行过程中的能量变化;图2表示100°C,在体积为2L的恒容容器中加入4molH2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化情况.
(1)已知CO的燃烧热为283kJ/mol,H2的燃烧热为285.8kJ/mol,写出表示CH3OH燃烧热的热化学方程式______.
(2)根据上图2计算:该温度下,反应CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H<0的平衡常数为______;10min后,容器内的压强变为原来的______倍;改变下列条件,能提高CO转化率的是______.
A.降低温度B.加催化剂
C.充入氩气,使体系压强增大D.再充入1molCO和2molH2
E.恒温恒容改为恒温恒压.
正确答案
(1)CO的燃烧热为283kJ/mol,则CO的与氧气反应的热化学方程式为
CO(g)+O2(g)═CO2(g);△H=-283kJ/mol①
H2的燃烧热为285.8kJ/mol,则H2与氧气反应的热化学方程式为H2(g)+O2(g)═H2O(l);△H=-285.8kJ/mol②
由图1可知,CO与H2反应可制得甲醇的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(l);△H=-129kJ/mol③
根据盖斯定律,则CH3OH燃烧热的热化学方程式由①+②×2-③可得:
CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H=-725.6mol/L,
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H=-725.6mol/L;
(2)根据平衡时CO的浓度为0.25mol/L可知,反应消耗的H2物质的量为2×2L×0.75mol/L=3mol,则平衡时H2的物质的量浓度为0.5mol/L,根据平衡常数等于生成的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积可得,
k==
=12(mol/L)-2;
平衡时n(CO)=0.5mol,n(H2)=1mol,n(CH3OH)=1.5mol,共3mol,
起始时,n(CO)=2mol,n(H2))=4mol,共6mol,
根据阿伏加德罗定律可知压强之比等于物质的量之比,10min后,容器内的压强变为原来的=
倍,
A.因正反应放热,降低温度可使平衡向正反应方向移动,提高CO的转化率,故A正确;
B.加催化剂,平衡不移动,转化率不变,故B错误;
C.充入氩气,使体系压强增大,对于参加反应的物质来说,浓度不变,平衡不移动,转化率不变,故C错误;
D.再充入1molCO和2molH2压强增大,平衡向正反应方向移动,提高CO的转化率,故D正确;
E.恒温恒容改为恒温恒压,压强较恒容时大,增大压强,平衡向正反应方向移动,提高CO的转化率,故E正确.
故答案为:12(mol/L)-2;;ADE.
乙醇是重要的化工原料和液体燃料,可以利用下列反应制取乙醇:
2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K=______.
(2)在一定压强和温度下,在反应物总物质的量相同的情况下,测得该反应的实验数据如下表:
①该反应是______反应(填“吸热”或“放热”).
②提高氢碳比[n(H2)/n(CO2)],则CO2的转化率______;化学平衡______移动,平衡常数K______(填“增大”、“减小”、或“不变”).
(3)一种乙醇燃料电池中发生的化学反应为:在酸性溶液中乙醇与氧气作用生成水和二氧化碳.该电池的负极反应式为:______.
若以上述燃料电池为电源来电解饱和食盐水,当消耗46g乙醇时,电解产生的H2体积(标况)为______L.
(4)25℃、101kPa下,H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是285.8kJ•mol-1、1411.0kJ•mol-1和1366.8kJ•mol-1,请写出由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的热化学方程式______.
正确答案
(1)反应为2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g),则K=
,
故答案为:;
(2)①由表中数据可知,温度越高,二氧化碳的转化率越低,则升高温度,化学平衡逆向移动,则正反应为放热反应,故答案为:放热;
②由表中的数据可知,相同温度时,提高氢碳比[n(H2)/n(CO2)],则CO2的转化率增大,化即学平衡正向移动,但温度不变,则K不变,
故答案为:增大;正向;不变;
(3)酸性条件下,乙醇在负极发生氧化反应,则负极反应为C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+,
由电子守恒可知C2H5OH~12e-~6H2↑,n(C2H5OH)==1mol,
则n(H2)=6mol,其标况下的体积为6mol×22.4L/mol=134.4L,
故答案为:C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+;134.4;
(4)25℃、101kPa下,H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是285.8kJ•mol-1、1411.0kJ•mol-1和
1366.8kJ•mol-1,
则H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ•mol-1①,
C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)△H=-1411.0kJ•mol-1②,
C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1366.8kJ•mol-1③,
由盖斯定律可知,②-③可得反应C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l),
其反应热为-1411.0kJ•mol-1-(-1366.8kJ•mol-1)=-44.2 kJ•mol-1,
热化学方程式为C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l)△H=-44.2 kJ•mol-1,
故答案为:C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l)△H=-44.2 kJ•mol-1.
合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径,对化学工业技术也产生了重大影响.合成氨反应的化学方程式为:N2(g)+3H2(g)
2(((NH3(g)△H=-92.2kJ/mol.合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到,H2可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得.
(1)在一容积固定的密闭容器中注入N2和H2两种气体,发生上述反应.在某温度下达到平衡时各物质的浓度分别为c(H2)=9.00mol/L,c(N2)=3.00mol/L,c(NH3)=4.00mol/L,此温度下该反应的平衡常数为______.
(2)三个相同容器中各充入1molN2和3molH2,在不同条件下反应并达到平衡,氨的体积分数随时间的变化如图所示.下列说法正确的是______(填序号).
A.图I可能是不同压强对反应的影响,且P2>P1
B.图Ⅱ可能是不同压强对反应的影响,且P1>P2
C.图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响,且T1>T2
D.图Ⅱ一定是在同温同压下不同催化剂对反应的影响,且催化剂效果1>2
(3)将水蒸气通过红热的炭即产生水蒸气,化学方程式为:C(s)+H2O(g)
H2(g)+CO(g)△H=+131.3kJ,△S=+133.7J/K该反应在低温下能否自发______(填:能或否).
(4)甲烷在高温下与水蒸气反应反应方程式为:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g).部分物质的燃烧热数据如下表:
已知1mol H2O(g)转变为1mol H2O(l)时放出44.0kJ热量.写出CH4和H2O在高温下反应的热化学方程式______.
(5)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl为电解质溶液制取新型燃料电池.请写出该电池的正极反应式______.
正确答案
(1)k==
=7.32×10-3,故答案为:7.32×10-3;
(2)A.增大压强,平衡向正反应分析移动,氨气的含量增大,故A错误;
B.图Ⅱ应是催化剂对反应的影响,故B错误;
C.温度升高,平衡向逆反应分析移动,氨气的含量降低,故C错误;
D.图Ⅱ中两种途径平衡状态相同,应是催化剂对平衡的影响,1反应速率大,催化效果好,故D正确.
故答案为:D;
(3)△G=△H-T•△S=131.3kJ-T×133.7kJ×10-3,在温度较低时,△G>0,不能自发进行;
故答案为:否;
(4)由表中数据可知:①H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ•mol-1,
②CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H=-283.0 kJ•mol-1,
③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3 kJ•mol-1,
④H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1,
利用盖斯定律,将③+④-①×3-②可得:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1 kJ•mol-1,
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1 kJ•mol-1;
(5)原电池正极发生还原反应,N2得电子生成NH4+,电极反应式为N2+6e-+8H+=2NH4+,
故答案为:N2+6e-+8H+=2NH4+.
一定条件下铁可以和CO2发生反应:
Fe(s)+CO2(g)
FeO(s)+CO(g);△H>0
(1)一定温度下,向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体,反应过程中CO2气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示,求8分钟内CO的平均反应速率v(CO)=______.
(2)下列措施中能使平衡时c(CO)/c(CO2)增大的是______(填序号).
A.升高温度 B.增大压强 C.充入一定量氮气 D.再加入一些铁粉
(3)反应达到平衡后,若保持容器体积不变时,再通入一定量的CO2,则CO2的转化率将______(填“增大”、“减小”、“不变”)
(4)铁的重要化合物在生产生活中应用十分广泛.
①FeSO4溶液与稍过量的NH4HCO3溶液混合,可得含FeCO3的浊液.若FeCO3浊液长时间暴露在空气中,固体表面会变为红褐色,写出由FeCO3生成红褐色物质的反应的化学方程式:______.
②高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型饮用水消毒剂.高铁酸钠生产方法之一是:强碱性溶液中用NaClO氧化Fe(OH)3生成高铁酸钠、氯化钠和另一种常见化合物,该反应的离子方程式为______.
(5)已知:2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ/mol;2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ/mol.写出CO和H2O(g)作用生成CO2和H2的热化学方程式______.
正确答案
(1)8min内,CO的平均反应速率v(CO)==0.075mol•L-1•min-1,故答案为:0.075mol•L-1•min-1;
(2)A.该反应正反应为吸热反应,升高温度,平衡向正反应进行,c(CO)增大c(CO2)减小,所以 c(CO)/c(CO2)的值增大,故A正确;
B.该反应反应前后气体的体积不变,增大压强平衡不移动,c(CO)/c(CO2)的值不变,故B错误;
C.恒温恒容,充入一定量氮气,c(CO)、c(CO2)不变,平衡不移动,c(CO)/c(CO2)的值不变,故C错误;
D.铁粉为固体,浓度为定值,增加铁粉的用量,不影响平衡,c(CO)/c(CO2)的值不变,故D错误;
故答案为:A;
(3)保持容器体积不变时,再通入一定量的CO2,可等效为开始一次性加入CO2,压强增大,反应前后气体体积不变,平衡不移动,CO2转化率不变,
故答案为:不变;
(4)①FeCO3浊液长时间暴露在空气中,水解氧化生成氢氧化铁和二氧化碳,反应方程式为4FeCO3+O2+6H2O═4Fe(OH)3+4CO2,
故答案为:4FeCO3+O2+6H2O═4Fe(OH)3+4CO2;
②强碱性溶液中用NaClO氧化Fe(OH)3生成高铁酸钠、氯化钠和另一种常见化合物,根据电荷守恒、电子转移守恒、原子守恒可知另一种常见化合物含有H元素,应为水,
离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-═2FeO42-+3Cl-+5H2O,
故答案为:2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-═2FeO42-+3Cl-+5H2O;
(5)已知:①2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ/mol;
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ/mol.
根据盖斯定律①-②得2CO(g)+2H2O(g)═2CO2(g)+2H2(g)△H=-82.4 kJ/mol,
即CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H=-41.2 kJ/mol,
故答案为:CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H=-41.2 kJ/mol.
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