- 化学平衡
- 共20016题
(5分)(1)在一密闭容器中充入1molNO2,建立如下平衡:2NO2 N2O4,测得NO2的转化率为a%,在其它条件不变的情况下,再充入1molNO2,待新平衡建立时,又测得NO2的转化率为b%。试问a、b值的大小关系为___ _。
(2)汽车尾气中的主要污染物有CO、NOx,CO分析仪是以燃料电池为工作原理,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是 。
(3)阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池,试回答下列问题:
①若电解质溶液为KOH溶液,构成燃料电池,则负极反应式为____________ ____,
②如把KOH改为稀H2SO4作电解质,则正极反应式为_____ ___________,
③如把H2改为甲烷,KOH作电解质,则负极反应式为
正确答案
(1)b>a (2)B (3) ①2H2+4OH--4e-===4H2O ② O2+4H++4e-===2H2O ③ CH4-8e-+10 OH-=CO32-+7 H2O
(1)由于反应物和生成物都是一种,所以再通入NO2相当于增大压强,平衡向正反应方向移动,转化率增大。原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。根据装置图可判断,a是负极,CO被氧化。b是正极,氧气被还原。所以选项B是错误的。(3)负极失去电子,所以氢气通入负极,氧气通入正极。若用甲醇作燃料,则甲醇在负极失去电子,由于溶液是氢氧化钾溶液,所以生成物是碳酸钾和水。
(6分)如下图所示,关闭活塞K,向A中充入1molX和1molY,向B中充入2molX和2molY,起始时VA=VB=aL。在相同温度和有催化剂存在的条件下,两容器中各自发生下述反应:
X+Y2Z+2W+Q;ΔH<0(X、Y、Z、W均为气体),达到平衡时,VA=1.2aL。试回答:
(1)A中X的转化率αA=________。
(2)A、B中X转化率的关系:αA________αB(填“>”、“=”或“<”)。
(3)打开活塞K,一段时间后又达到平衡时,A的体积为________L(连通管中气体体积不计)。
正确答案
(1)20% (2)> (3)2.6a
考查可逆反应的有关计算,一般采用三段式。
(1) X + Y2Z+2W
起始量(mol) 1 1 0 0
转化量(mol) x x 2x 2x
平衡量(mol) 1-x 1-x 2x 2x
达到平衡时,VA=1.2aL
所以
解得x=0.2mol
所以A中X的转化率αA=0.2÷1×100%=20%
(2)根据反应的方程式可知,正反应是体积增大的,因此压强也是增大的。A保持温度和压强,B保持温度和体积不变。因此在反应过程中B中的压强大于A中的压强,由于压强越大,越步利于平衡向正反应方向进行,因此A中的转化率高于B中的转化率。
(3)在温度和压强不变的情况下,打开活塞K,由于X和Y的起始物质的量之比是相等的,因此平衡是等效的,所以最终平衡时容器的体积应该是1.2aL×3=3.6aL,所以A中的体积是3.6aL-aL=2.6aL。
(1) (4分)在带有活塞的密闭容器中发生反应:Fe2O3+3H2===2Fe+3H2O,采取下列措施不能改变反应速率的是( )
(8分)往容积为10 L的密闭容器内通入40 mol N2和120 mol H2,在一定条件下进行反应,经2 s后达到平衡状态,平衡时c(N2)为2 mol/L。
(2)用H2的浓度变化表示2 s内的平均速率v(H2)=________。
(3)氮气的转化率是________。
(4)平衡时混合气体中氨的体积分数是________。
(5)容器内反应前后压强比是________。
正确答案
(1)AD(12分,每空2分)(2) (3) 50% (4)33.3% (5)4:3
(1)固体或液体的量不会改变反应速率;另外,往容器内通往气体时,只有影响了反应混合物的浓度时才会影响反应速率。本题中D项容积体积不变,虽然充入氮气,但反应混合物中气体的浓度并没有改变,所以反应速率并不会改变;C项在保持压强不变的情况下,通往氮气体积变大,反应混合物的气体浓度均减小,反应速率减小。
(2) N2 + 3H22NH3
初n: 40 120 0
△n: 20 60 40
平n: 20 60 40
8分)一定温度下,在容积为1L的密闭容器内放入2mol N2O4和8 mol NO2,发生如下反应:2NO2(红棕色) N2O4(无色)(△H<0),反应中NO2、N2O4的物质的量随反应时间变化的曲线如下图,按下列要求作答:
(1)在该温度下,反应的化学平衡常数表达式为:
(2)若t1=10s,t2=20s,计算从t1至t2时以N2O4表示的反应速率: mol·L-1·s-1
(3)图中t1、t2、t3哪一个时刻表示反应已经达到平衡?答:
(4)t1时,正反应速率 (填“>”、“<”或“=”)逆反应速率
(5)维持容器的温度不变,若缩小容器的体积,则平衡向 移动
(填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不移动”)
(6)维持容器的体积不变,升高温度,达到新平衡时体系的颜色
(填“变深”、“变浅”或“不变”)
正确答案
(1)(2分)(2)0.1(2分)(3)t3 (1分)
(4)> (1分)(5)正反应应方向(1分)(6)变深 (1分)
(1)平衡常数是指在一定条件下的可逆反应中,当反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以该反应的平衡常数表达式为。
(2)从t1至t2时N2O4的物质的量增加了4mol-3mol=1mol,所以反应速率是1mol÷1L÷10s=0.1mol/(L·s)。
(3)根据图像可知,t3时刻物质的物质的量不再发生变化,所以此时反应达到平衡状态。
(4)t1时NO2的物质的量逐渐减小,说明反应是向正反应方向进行的,即正反应速率大于逆反应速率。
(5)反应前后是体积减小的,所以缩小容积,压强增大,平衡向正反应方向移动,
(6)正反应是放热反应,所以升高温度,平衡向逆反应方向移动,NO2的浓度增大,颜色变深。
(7分)在一定条件下,将3molA 和1mol B 两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g) xC(g)+ 2D(g)△H<0。2min末该反应达到平衡,生成0.8mol D ,并测得C的浓度为0.2mol·L-1。请填空:
(1)系数x=__________,B的转化率为
(2)达到平衡后,若降低温度,A的浓度将 (填“减小”、“增大” 或“不变”);
该反应的平衡常数K值将_________(填“减小”、“增大” 或“不变”)
(3)达到平衡后,若缩小反应容器的体积,B的转化率将 (填“减小”、“增大” 或“不变”);
正确答案
(1)1 40% (2)减小;增大 (3)增大
测得C的浓度为0.2mol·L-1,所以生成C是0.2mol·L-1×2L=0.4mol.又因为还同时,所以x=1。
(2)正反应是放热反应,所以降低温度,平衡向正反应方向移动,则A的浓度减小,平衡常数增大。
(3)反应前后是体积减小的,所以缩小容积,压强增大,平衡向正反应方向移动,B的转化率增大。
(10分)甲醇(CH3OH)的用途广泛,摩托罗拉公司也开发出一种由甲醇、氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池,容量达氢镍电池或锂电池的10倍,可连续使用一个月才充一次电.请完成下列与甲醇有关的问题.
(1)工业上用3克氢气与二氧化碳反应生成气态甲醇和水蒸气,放出24.5千焦的热量。
①请写出该反应的热化学反应方程式: 利用该反应,在温度和容积相同的A、B两个容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温恒容,经10秒钟后达到平衡,达到平衡时的有关数据如下表:
②从反应开始到达到平衡时,A中用CO2来表示的平均反应速率为 。
③A中达到平衡时CO2的转化率为 , B中a= 。
(2)某同学设计了一个甲醇燃料电池,其装置如图:
①写出图中通入甲醇这一极的电极反应式 。
②反应一段时间后,正极附近的碱性 (增强。减弱 不变)
正确答案
(1)① (2分)
② 0.1c1 mol/(L·s) 或0.1c2 mol/(L·S)(任答对一个得分)(1分)
③ 60% (2分) 19.6(2分)
(2)① CH3OH - 6e-+ 8OH- = CO32-+ 6H2O (2分) ② 增强(1分)
(1)①考查热化学方程式的书写②甲醇的浓度变化未c1,则根据方程式可知,CO2的浓度变化也是c1,所以反应速率为0.1c1 mol/(L·s)。放出的热量是29.4kJ,所以消耗的CO2是,所以转化率是60%。根据反应物投入量可知A和B是等效的,所以B中吸收的热量是49kJ-29.4kJ=19.6kJ。
(3)甲醇失去电子,发生氧化反应,在负极通入。氧气在正极通入,得到电子发生还原反应,生成OH-,所以正极周围碱性增强。
(14分)中国环境监测总站数据显示,颗粒物(PM2.5等)为连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物,其主要为燃煤、机动车尾气等。因此,对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题:
(1)将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表:
根据表中数据计算PM2.5待测试样的pH = 。
(2) NOx是汽车尾气的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化示意图如下:
① N2(g)+O2(g)2NO(g)△H= 。
②当尾气中空气不足时,NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式 。
③ 汽车汽油不完全燃烧时还产生CO,有人设想按下列反应除去CO:
2CO(g)=2C(s)+O2(g),已知该反应的△H>0,该设想能否实现? 。
(3)碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染,同时又能制得氢气,具体流程如下:
① 用离子方程式表示反应器中发生的反应 。
② 用化学平衡移动的原理分析,在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是 。
③ 用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示),NiO(OH)作为电池正极材料,KOH溶液作为电解质溶液,可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为:Ni(OH)2+M NiO(OH)+MH,电池放电时,负极电极反应式为 ; 充电完成时,全部转化为NiO(OH),若继续充电,将在一个电极产生O2,O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗,从而避免产生的气体引起电池爆炸。
正确答案
⑴ 4 ⑵① +183kJ/mol;② 2NO+2CO催化剂 2CO2+N2;③ 不能
⑶① SO2+I2+2H2O=SO+2I-+4H+
②HI分解为可逆反应,及时分离出产物H2,有利于反应正向进行
③MH+OH--e-=H2O+M
试题分析:(1)题目所示的微粒中阳离子所带的正电荷数是:4×10-6×1+6×10-6×1+2×10-5×1=3×10-5mol/L,阴离子所带的负电荷总数是:2×4×10-5+1×3×10-5+1×2×10-5=13×10-5 mol/L>3×10-5mol/L,根据溶液呈电中性原理,溶液中还应该含有大量的H+。所以溶液显酸性。c(H+)=13×10-5 mol/L-3×10-5mol/L=1×10-4 mol/L,所以pH="4." (2)①反应热就是断裂化学键吸收的热量与形成化学键释放的热量的差值。因此 N2(g)+O2(g2NO(g)△H=+945KJ/mol+498KJ/mol-2×630KJ/mol=+183KJ/mol。②NO被CO还原的化学方程式为2NO+2CO催化剂 2CO2+N2;③由于该反应是体系混乱程度减小的吸热反应,体系的自由能大于0,所以设想是不能实现的。① 根据图示可知:用离子方程式表示反应器中发生的反应是:SO2+I2+2H2O=SO
+2I-+4H+。②2HI(g)
H2(g)+I2(g). HI分解反应是可能反应。在反应中使用膜反应器分离出H2,减小生成物的浓度,平衡正向移动,有利于反应正向进行。③根据总反应方程式可知:在电池放电时,负极电极反应式为MH+OH--e-=H2O+M。2.5的溶液的酸碱性、热化学方程式与化学键的关系、浓度对平衡移动的影响、离子方程式的书写、镍氢电池的电极反应式的书写的知识。
将N2和 H2按一定比例混合,在相同状况下其密度是H2的 3.6倍,取0.5mol该混合气体通入密闭容器内,使之发生反应并在一定条件下达到平衡。已知反应达到平衡后容器内压强是相同条件下反应前压强的0.76倍,试求:
(1)反应前混合气体中N2和 H2的体积比;
(2)达到平衡时混合气体中的氨的体积分数;
(3)平衡时N2的转化率。
正确答案
(1)1:4(2分)(2)31.6%(3分)(3)60%(3分)
试题分析:(1)N2和H2按一定比例混合,在相同状况下其密度是H2的3.6倍,则混合气体的平均相对分子质量=3.6×2=7.2,令0.5mol混合气体中N2和H2的物质的量分别为xmol、ymol,则:
x+y=0.5
28x+2y=7.2(x+y)
解得x=0.1,y=0.4,体积之比等于物质的量之比,故反应前混合气体中N2和H2的体积比=0.1:0.4=1:4;
(2)根据压强之比等于物质的量之比,故反应后容器内混合气体总的物质的量=0.5mol×0.76=0.38mol,则:
N2 + 3H2 = 2NH3
平衡时(mol) 0.1-a 0.4-3a 2a
则0.1-a + 0.4-3a + 2a ="0.38" ,解得a=0.06mol,n(NH3)=2a=0.12mol
故NH3 的体积分数=n(NH3)/n总×100%=0.12mol/0.38mol×100%=31.6%;
(3)氮气的转化率="a/" n(起始N2)×100%=0.06mol/0.1mol×100%=60%
下图表示在密闭容器中反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),△H<0达到平衡时,由于条件改变而引起反应速度和化学平衡的变化情况,ab过程中改变的条件可能是 ;bc过程中改变的条件可能是 ;若增大压强时,反应速度变化情况画在c-d处。
正确答案
升温;取走部分SO3;
试题分析:根据反应的方程式可知,该反应是体积减小的放热的可逆反应。a点正逆反应速率均增大,但平衡向逆反应方向移动,所以改变的条件是升高温度;b点正反应速率不变,逆反应速率减小,平衡向正反应方向移动,所以改变的条件是取走部分SO3;若增大压强时,正逆反应速率均增大,平衡向正反应方向移动,则图像应该是
。
点评:该题是高考中的常见题型,属于中等难度的试题。试题基础性强,侧重对学生基础知识的巩固和训练。该题的关键是理解并能灵活运用勒夏特列原理,然后再结合图像和具体的反应式灵活运用即可,有利于培养学生的逻辑推理能力。
(6分)一定条件下,在密闭容器内将N2和H2以体积比为1∶3混合,当反应达平衡时,混合气中氨占25%(体积比),若混合前有10mol N2,求平衡后N2、H2、NH3的物质的量及N2的转化率。
正确答案
6 18 8 40%
试题分析:设消耗N2物质的量为x。
N2 + 3H22NH3
始(mol)10 30
平(mol)10-x 30-3x 2x
由氨气的体积分数得2x/(10-x+30-3x+2x)=0.25得x=4,所以平衡时氮气、氢气、氨气的物质的量分别为6mol、18mol、8mol,氮气的转化率为0.4。
点评:化学平衡计算的方法:列出起始、变化、平衡时各物质的量。
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