- 化学生产过程中的基本问题
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(2013春•淮安校级期末)一定温度下,在甲、乙、丙、丁四个恒容密闭容器中投入SO2(g)和O2(g),其起始物质的量及SO2的平衡转化率如下表所示.下列判断中,不正确的是( )
正确答案
解析
解:A.温度相同时,该反应的平衡常数不变,则丁中、乙中反应的平衡常数相等,故A正确;
B.根据2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),
开始 0.4 0.24 0
转化 0.32 0.16 0.32
平衡 0.08 0.08 0.32
平衡浓度0.04 0.04 0.16
所以该温度下,平衡常数值为 =400,故B错误;
C.由甲、乙可知,氧气的浓度相同,二氧化硫的浓度增大会促进氧气的转化,二氧化硫转化率减小,丙和丁达到的是相同的平衡状态,丙实验氧气物质的量增大,氧气转化率增大;则二氧化硫转化率,α1<α2=α3,故C正确;
D.体积相同,丙中的起始浓度为甲的2倍,压强增大,平衡正向移动,则丙中转化率增大,即丙中c(SO3)大于甲中c(SO3)的2倍,丙体积为2L,丁体积为1L,起始量分别为0.8,0.48;0.40,24,丙和丁达到的平衡相同,三氧化硫浓度相同,丙=丁>甲,故D正确;
故选B.
在密闭容器中进行反应:A(g)+3B(g)⇌2C(g),有关下列图象说法的不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、依据图象分析,温度升高逆反应速率大于正反应速率,平衡逆向进行,逆向是吸热反应,正向是放热反应,可以判断反应热量变化,故A正确;
B、催化剂改变反应速率,缩短反应达到平衡的时间,不能改变化学平衡,图象符合改变条件的变化,故B正确;
C、若正反应的△H<0,是放热反应升温平衡逆向进行,逆反应速率大于正反应速率,图象符合反应速率的变化,故C正确;
D、图象分析,温度升高平均相对分子质量减小,平均分子质量减小,总质量不变,说明气体物质的量变大,所以平衡逆向进行,逆反应是吸热反应,正反应是放热反应△H<0,故D错误;
故选D.
(2015秋•宁城县期末)2015年雾霾天气多次肆虐我国中东部地区.其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一.
(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO (g) 2CO2 (g)+N2 (g)在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线,如图1所示.
据此判断:
①该反应的平衡常数表达式为______.
②该反应的△H______0(选填“>”、“<”).
③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率.若催化剂的表面积S1>S2,在右图中画出c(CO2)在T2、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线.
(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题.
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染.
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ•mol-1
2NO2(g)⇌N2O4(g)△H=-56.9kJ•mol-1
写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式______.
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的.图2是通过光电转化原理以廉价原料制备新产品的示意图.写出上述光电转化过程的化学反应方程式______.催化剂a、b之间连接导线上电子流动方向是______(填a→b或b→a).
正确答案
K=
<
CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-810.1kJ/mol
2CO2+2H2O2HCOOH+O2
a→b
解析
解:(1)①2NO(g)+2CO(g) 2CO2 (g)+N2 (g)的平衡常数表达式为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值,即:K=
,故答案为:K=
;
②由图示可知,温度T1先到达平衡,故温度T1>T2,温度越高平衡时,二氧化碳的浓度越低,说明升高温度平衡向逆反应移动,故正反应为放热反应,即:△H<0,
故答案为:<;
③接触面积越大反应速率越快,到达平衡的时间越短,催化剂的表面积S1>S2,S2条件下达到平衡所用时间更长,但催化剂不影响平衡移动,平衡时二氧化碳的浓度与温度T1到达平衡时相同,故c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线为,故答案为:
;
(2)①已知:ⅠCH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-867kJ/mol
Ⅱ2NO2(g)⇌N2O4(g)△H2=-56.9kJ/mol
根据盖斯定律,Ⅰ-Ⅱ得:CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),故△H=-867kJ/mol-(-56.9kJ/mol)=-810.1kJ/mol,
即:CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-810.1kJ/mol,
故答案为:CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-810.1kJ/mol.
②体系中进入的物质为:CO2和H2O,则反应物为:CO2和H2O,得到的物质为:HCOOH和O2,生成物为:HCOOH和O2,利用氧化还原方程式的配平写出化学方程式为:2CO2+2H2O2HCOOH+O2;体系中氢离子从 a→b,则电流的方向为:b→a,电子的流向为:a→b,故答案为:2CO2+2H2O
2HCOOH+O2;a→b.
CH4和H2O(g)在催化剂表面发生反应CH4+H2O=CO+3H2,该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表:
(1)该反应是______反应(填“吸热”或“放热”);
(2)T℃时,向1L密闭容器中投入1molCH4和1mol H2O(g),平衡时c(CH4)=0.5mol/L,该温度下反应CH4+H2O=CO+3H2的平衡常数K=______.
正确答案
(1)温度升高,平衡常数增大即平衡向正反应方向移动,故该反应为吸热反应,
故答案为:吸热;
(2)T℃时,向1L密闭容器中投入1molCH4和1mol H2O(g),平衡时c(CH4)=0.5mol•L-1,该温度K==
=6.75,
故答案为:6.75
解析
(1)温度升高,平衡常数增大即平衡向正反应方向移动,故该反应为吸热反应,
故答案为:吸热;
(2)T℃时,向1L密闭容器中投入1molCH4和1mol H2O(g),平衡时c(CH4)=0.5mol•L-1,该温度K==
=6.75,
故答案为:6.75
一定条件下,反应:6H2+2CO2⇌C2H5OH+3H2O的数据如图所示.
下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据图可知,随着温度的升高二氧化碳的转化率下降,平衡逆向移动,所以正反应为放热反应,△H<0,故A错误;
B、根据速率之比等于计量数之比可知,达平衡时,v(H2)正=3v(CO2)逆,故B错误;
C、b点温度高于c点,该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,所以b点的平衡常数小于c点,故C错误;
D、利用三段式计算,设起始H2为2mol,则CO2为1mol,
6H2 +2CO2⇌C2H5OH+3H2O
起始(mol) 2 1 0 0
转化(mol)1.8 0.6
平衡(mol)0.2 0.4
H2的平衡转化率为×100%=90%,故D正确;
故选D.
为了探索外界条件对反应aX(g)+bY(g)⇌cZ(g)的影响,以X和Y物质的量比为a:b开始反应,通过实验得到不同条件下达到平衡时Z的物质的量分数,实验结果如右图所示.以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:由图象可知,降低温度,Z的物质的量分数增大,说明降低温度平衡向正反应方向移动,所以正反应是放热的,则△H<0,
降低压强,Z的物质的量分数减小,说明压强减小,平衡向着逆反应方向移动,减小压强,化学平衡是向着气体系数和增加的方向进行的,所以有a+b>c,
故选C.
在容积为100L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)⇌2NO2 (g),随温度升高,混合气体的颜色变深.反应的△H______0(填“大于”或“小于”);100℃时,体系中各物质浓度随时间变化如图所示.在0~60s时段,反应速率v(N2O4)为______.
正确答案
解:反应N2O4(g)⇌2NO2 (g),随温度升高,混合气体的颜色变深,说明平衡正向移动,该反应是吸热反应,焓变是大于零的,在0~60s时段,反应速率v(N2O4)==0.0010mol/(L•s),故答案为:大于; 0.0010mol/(L•s).
解析
解:反应N2O4(g)⇌2NO2 (g),随温度升高,混合气体的颜色变深,说明平衡正向移动,该反应是吸热反应,焓变是大于零的,在0~60s时段,反应速率v(N2O4)==0.0010mol/(L•s),故答案为:大于; 0.0010mol/(L•s).
已知反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g);△H<0,向某体积恒定的密闭容器中按体积比1:3充入N2和H2,在一定条件下发生反应.如图是某物理量(Y)随时间(t)变化的示意图,Y可以是( )
正确答案
解析
解:由图可知,温度T2到达平衡所用时间短,反应速率较快,故温度T2>T1,温度升高,Y表示的物理量降低,该反应正反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应移动,
A、该反应正反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应移动,N2的转化率降低,图象与实际符合,故A正确;
B、该反应正反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应移动,但混合气体的总质量不变,容器的体积不变,混合气体的密度不变,与Y表示的物理量变化不符,故B错误;
C、升高温度平衡向逆反应移动,混合气体的总的物质的量增大,容器体积不变,容器内压强增大,与Y表示的变化不符,故C错误;
D、升高温度平衡向逆反应移动,H2的体积分数增大,与Y表示的物理量变化不符,故D错误;
故选A.
某温度下,在固定容积的容器中,可逆反应A(g)+3B(g)⇌2C(g)达到平衡,此时测得n(A):n(B):n(C)=2:2:1.若保持温度不变,以n(A):n(B):n(C)=2:2:1的比例向该容器中再充入A、B和C,下列叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:达到平衡,此时测得n(A):n(B):n(C)=2:2:1.若保持温度不变,以n(A):n(B):n(C)=2:2:1的比例向该容器中再充入A、B和C,相当于在原来的基础上缩小体积,增大压强,
A、刚充入时反应速率υ正增大,υ逆增大,故A错误;
B、增大压强,平衡向正反应方向移动,故B错误;
C、增大压强,平衡向正反应方向移动,故C错误;
D、增大压强,平衡向正反应方向移动,增加了C的物质的量,物质C的质量分数增大,故D正确;
故选:D.
T℃时在2L密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g).反应过程中X、Y、Z的浓度变化如图1所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,Y的体积百分含量与时间的关系如图2所示.则下列结论不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由图1知,X的物质的量减少量为:(2.0-1.4)mol=0.6mol,Y的物质的量减少量为:(1.6-1.4)mol=0.2mol,X、Y为反应物;Z的物质的量增加量为:(0.8-0.4)mol=0.4mol,Z为生成物,同一化学反应同一时间段内,反应物减少的物质的量和生成物增加的物质的量之比等于其计量数之比,所以X、Y、Z的计量数之比=0.6mol:0.2mol:0.4mol=3:1:2,所以反应可表示为:3X(g)+Y(g)⇌2Z(g),故A正确;
B、根据图2中曲线的斜率大小判断,T2时先到达平衡状态,说明反应速率大,根据温度越高反应速率越大说明T2温度高,温度升高时Y的百分含量降低,说明平衡向正反应方向移动,则平衡常数增大,故B正确;
C、反应进行前3min内,用X表示的反应速率为:v(X)==0.1mol/(L•min),故C正确;
D、图3与图1比较,图3到达平衡所用的时间较短,说明反应速率增大,但平衡状态没有发生改变,应是加入催化剂所致,故D错误.
故选D.
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