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高考化学平衡大题训练
1.甲醇是基本有机化工原料.甲醇及其可制得产品的沸点如下.
名称
甲醇
二甲胺
二甲基甲酰胺
甲醚
碳酸二甲酯
结构简式
CH3OH
(CH3)2NH
(CH3)2NCHO
CH3OCH3
(CH3O)2CO
沸点(℃)
64.7
7.4
153℃
﹣24.9
90℃
(1)在425℃、A12O3作催化剂,甲醇与氨气反应可以制得二甲胺.二甲胺显弱碱性,与盐酸反应生成(CH3)2NH2Cl,溶液中各离子浓度由大到小的顺序为 .
(2)甲醇合成二甲基甲酰胺的化学方程式为:
2CH3OH+NH3+CO
(CH3)2NCHO+2H2O△H若该反应在常温下能自发进行,则△H 0(填“>”、“<”或“=“).
(3)甲醇制甲醚的化学方程式为:
2CH3OH
CH3OCH3+H2O△H.一定温度下,在三个体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生该反应.
容器编号
温度/℃
起始物质的量/mol
平衡物质的量/mol
CH3OH
CH3OCH3
H2O
Ⅰ
387
0.20
x
Ⅱ
387
0.40
y
Ⅲ
207
0.20
0.090
0.090
①x/y= .
②已知387℃时该反应的化学平衡常数K=4.若起始时向容器I中充入0.1molCH3OH、0.15molCH3OCH3和0.10molH2O,则反应将向 (填“正”或“逆”)反应方向进行.
③容器Ⅱ中反应达到平衡后,若要进一步提高甲醚的产率,可以采取的措施为 .
(4)以甲醇为主要原料,电化学合成碳酸二甲酯工作原理如图所示.
电源负极为 (填“A”或“B“),写出阳极的电极反应式 .若参加反应的O2为1.12m3(标准状况),则制得碳酸二甲酯的质量为 kg.
2.
(16分)研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。
(1)CO可用于炼铁,已知:
Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)ΔH1=+489.0kJ·mol-1,
C(s)+CO2(g)=2CO(g)ΔH2=+172.5kJ·mol-1,则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为。
(2)CO与O2设计成燃料电池(以KOH溶液为电解液)。
该电池的负极反应式为。
(3)CO2和H2充入一定体积的恒容密闭容器中,在两种温度下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图5。
①该反应的ΔH0(填“大于或小于”),曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为
KⅠKⅡ(填“>、=或<”)。
②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。
容器
甲
乙
反应物投入量
1molCO2、3molH2
amolCO2、3amolH2、
bmolCH3OH(g)、bmolH2O(g)
若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则b的取值围为。
(4)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。
紫外光照射时,在不同催化剂(I、II、III)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图6。
在0~15小时,CH4的平均生成速率I、II和III从小到大的顺序为(填序号)。
光照时间/h反应温度/℃
图6图7
(5)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。
在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图7。
①当温度在围时,温度是乙酸生成速率的主要影响因素。
②Cu2Al2O4可溶于稀硝酸,稀硝酸还原产物为NO,写出有关的离子方程式。
3.
(16分)甲醇是一种很好的燃料,工业上用CH4和H2O(g)为原料,通过反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇.请回答下列问题:
(1)将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入反应室(容积为100L)中,在一定条件下发生反应:
CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)(Ⅰ)
CH4的转化率与温度、压强的关系如图1所示.
①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示的平均反应速率为 .
②图中的p1 p2(填“<”、“>”或“=”),100℃时的平衡常数为 .
③该反应的△H 0,△S 0(填“<”、“>”或“=”).
(2)在压强为0.1MPa条件下,amolCO与3amolH2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇:
CO(g)+2H2(g)
△H<0(Ⅱ)
①若容器的容积不变,下列措施可增大甲醇产率的是 (填序号).
A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离出来
C.恒容下充入He,使体系的总压强增大
D.再充入amolCO和3amolH2
②为了寻找合成甲醇的适宜温度和压强,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在了下面的实验设计表中.
实验编号
T(℃)
n(CO)/n(H2)
ρ(MPa)
1
150
0.1
2
n
5
3
350
m
5
a.表中剩余的实验数据:
n= ,m= .
b.根据反应Ⅱ的特点,如图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线,请指明图2中的压强px= MPa.
图1图2
4.
(14分)氮可形成多种氧化物,如NO、NO2、N2O4等。
(1)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如右图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是_____,理由是:
_____________________________。
(2)实验室可用NaOH溶液吸收NO2,反应为2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O。
含0.2molNaOH的水溶液与0.2molNO2恰好完全反应得1L溶液A,溶液B为0.1mol/L的CH3COONa溶液,则两溶液中c(NO3‾)、c(NO2‾)和c(CH3COO‾)由大到小的顺序为(已知HNO2的电离常数Ka=7.1×10-4mol/L,CH3COOH的电离常数Ka=1.7×10-5mol/L)。
可使溶液A和溶液B的pH相等的方法是。
a.向溶液A中加适量水b.向溶液A中加适量NaOH
c.向溶
液B中加适量水d.向溶液B中加适量NaOH
(3)100℃时,将0.400mol的NO2气体充入2L抽空的密闭容器中,发生反应2NO2(g)
N2O4(g)∆H<0。
每隔一定时间就对该容器的物质进行分析,得到如下表所示数据。
时间/s
0
20
40
60
80
n(NO2)/mol
0.40
n1
0
.26
n3
n4
n(N2O4)/mol
0.00
0.05
n2
0.08
0.
08
①在上述条件下,从反应开始直至20s时,二氧化氮的平均反应速率为mol/(L.min);n3n4(填“>”、“<”或“=”),该反应的平衡常数的值为。
②若在相同条件下,最初向该容器充入的是N2O4气体,达到上述同样的平衡状态,则N2O4的起始浓度是mol/L;假设从放入N2O4到平衡时需要80s,则达到平衡时四氧化二氮的转化率为。
5.
(14分)我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法.
Ⅰ.已知:
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=﹣566kJ/mol
2Fe(s)+
O2(g)=Fe2O3(s)△H=﹣825.5kJ/mol
反应:
Fe2O3(s)+3CO(g)
2Fe(s)+3CO2(g)△H= kJ/mol.
Ⅱ.反应
Fe2O3(s)+CO(g)
Fe(s)+CO2(g)在1000℃的平衡常数等于4.0.在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol,反应经过10min后达到平衡.
(1)CO的平衡转化率= .
(2)欲提高CO的平衡转化率,促进Fe2O3的转化,可采取的措施是
a.提高反应温度b.增大反应体系的压强
c.选取合适的催化剂d.及时吸收或移出部分CO2
e.粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触
Ⅲ.
(1)高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收,使其在一定条件下和H2反应制备甲醇:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g).请根据图示回答下列问题:
(1)从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)= .
(2)若在温度和容器相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:
容器
反应物投入的量
反应物的转化率
CH3OH的浓度
能量变化
(Q1,Q2,Q3均大于0)
甲
1molCO和2molH2
a1
c1
放出Q1kJ热量
乙
1molCH3OH
a2
c2
吸收Q2kJ热量
丙
2molCO和4molH2
a3
c3
放出Q3kJ热量
则下列关系正确的是 .
Ac1=c2B.2Q1=Q3C.2a1=a3D.a1+a2=1
E.该反应若生成1molCH3OH,则放出(Q1+Q2)kJ热量
(3)若在一体积可变的密闭容器中充入1molCO、2molH2和1molCH3OH,达到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍,则该反应向 (填“正”、“逆”)反应方向移动.
(4)甲醇可与氧气构成燃料电池,该电池用多孔的惰性电极浸入浓氢氧化钾溶液,写出该电池的负极反应式 CH3OH+8OH﹣﹣6e﹣=CO32﹣+6H2O .
6.
偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂,二者发生如下化学反应:
(CH3)2NNH2(L)+2N2O4(L)=2CO2(g)+3N2(g)+4H2O(g)(Ⅰ)
(1)该反应(Ⅰ)中还原剂是 .
(2)火箭残骸中常现红棕色气体,原因为:
N2O4(g)
2NO2(g)(Ⅱ)
一定温度下,反应(Ⅱ)的焓变为△H.现将2molNO2充入一恒压密闭容器中,如图示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是
ABCD
若在相同温度下,上述反应改在体积为1L的恒容密闭容器中进行,平衡常数 (填“增大”“不变”或“减小”),反应4s后N2O4的物质的量为0.9mol,则0~4s的平均反应速率v(NO2)=
(3)25℃时,将1molNH4NO3溶于水,溶液显酸性,原因是 (用离子方程式表示).向该溶液滴加50mL氨水后溶液呈中性,则滴加氨水的过程中的水的电离平衡将 (填“正向”“不”或“逆向”)移动,所滴加氨水的浓度为 mol•L﹣1.(NH3•H2O的电离平衡常数K=2×10﹣5mol•L﹣1)
7.
(15分)我国煤炭资源比石油和天然气资源丰富,煤的综合利用主要是指煤的气化和液化。
回答下列问题:
(1)煤的主要成分为碳氢化合物,若用CH代表煤的“分子式”,写出煤与水蒸气生成水煤气的化学方程式:
_______________________________.
(2)已知:
煤炭在氧气氛围中气化2CH(s)+O2(g)=2CO(g)+H2(g)ΔH1
气化后的气体合成甲醇CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH2
甲醇制备丙烯的反应3CH3OH(g)=C3H6(g)+3H2O(g)ΔH3
则煤在氧气氛围中反应直接生成丙烯、水蒸气和CO的热化学方程式为______________.
(3)科研小组利用某恒容密闭容器进行CO和H2合成甲醇的探究。
若容器容积为VL,加入CO和H2的物质的量之比为1:
2,在催化剂的作用下发生反应:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
下图为反应达到平衡时CO的转化率与温度、压强的关系:
①上述CO和H2合成甲醇的反应为____________________(填“放热”或“吸热”)反应,图像中压强(pl,p2,p3)的大小顺序为____________________.
②温度为100℃时,加入nmolCO与2nmo1H2,达到平衡时压强为pl,则该反应的平衡常数K=_________________(用含n、V的式子表示);在温度不变的条件下,向该容器中再加人nmolCO与2nmo1H2,再次达到平衡时,CO的转化率(填“增大”、“减小”或“不变”)。
③如果要提高CO的转化率,除改变温度、压强外,还可以采取的措施有_______、_________。
8.
(12分)低碳经济呼唤新能源和清洁环保能源.煤化工中常需研究不同温度下的平衡常数、投料比及热值等问题.
已知:
CO(g)+H2O(g)
H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表:
温度/℃
400
500
850
平衡常数
9.94
9
1
请回答下列问题:
(1)该反应逆反应的化学平衡常数表达式为K= .
(2)上述正反应方向是 反应(填“放热”或“吸热”).
(3)850℃时在体积为10L反应器中,通入一定量的CO和H2O(g)发生上述反应,CO和H2O(g)浓度变化如图,则0~4min的平均反应速率v(CO)= mol•L﹣1•min﹣1.
(4)t1℃(高于850℃)时,在相同容器中发生上述反应,容器各物质的浓度变化如表.
①表中3min~4min之间反应处于 状态;C1数值 0.08mol•L﹣1(填大于、小于或等于).
②反应在4min~5min,平衡向逆方向移动,可能的原因是 (单选),表中5min~6min之间数值发生变化,可能的原因是 (单选).
A.增加水蒸气B.降低温度C.使用催化剂D.增加氢气浓度
(5)若在500℃时进行,若CO、H2O的起始浓度均为0.020mol•L﹣1,在该条件下,CO的最大转化率为:
.
时间(min)
CO
H2O
CO2
H2
0
0.200
0.300
0
0
2
0.138
0.238
0.062
0.062
3
c1
c2
c3
c3[m]
4
c1
c2
c3
c3
5
0.116
0.216
0.084
6
0.096
0.266
0.104
9.甲醇是未来重要的绿色能源之一.以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇.
Ⅰ、CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g)△H=+206.0KJ/mol
Ⅱ、CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=﹣129.0KJ/mol
(1)CH4(g)与H2O(g)反应成CH3OH(g)和H2(g)的热化学方程式为.
(2)将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容积为2L的密闭容器中,在一定条件下发生反应I,测得在一定压强下平衡时CH4的转化率与温度的关系如图1.
①假设100℃时反应I达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示这段时间该反应的平均反应速率为.
②100℃时反应I的平衡常数为.若保持温度和容器的容积不变,5min时再向容器中充入H2O(g)和CO各0.2mol,平衡将移动(填“正向”、“逆向”或“不”).
(3)如图2,P是可自由平行滑动的活塞,关闭K2,在相同温度下,通过K1、K3分别向A、B中各充入2molCO和3molH2,在一定条件下发生反应Ⅱ,关闭K1、K3,反应起始时A、B的体积相同,均为aL.
①反应达到平衡后,A压强为起始压强的
,则平衡时A容器中H2的体积分数为.
②若在平衡后打开K2,再次达到平衡后B容器的体积缩至0.6aL,则打开K2之前,B容器的体积为L.
(4)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:
通电后,将CO2+氧化成CO3+,然后以CO3+作氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化.实验室用如图3装置模拟上述过程:
①写出阳极电极反应式;
②写出除去甲醇的离子方程式.
10.氮元素的化合物应用十分广泛.请回答:
(1)火箭燃料液态偏二甲肼(C2H8N2)是用液态N2O4作氧化剂,二者反应放出大量的热,生成无毒、无污染的气体和水.已知室温下,1g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ,则该反应的热化学方程式为.
(2)298K时,在2L固定体积的密闭容器中,发生可逆反应:
2NO2(g)
N2O4(g)△H=﹣akJ/mol(a>0).N2O4的物质的量浓度随时间变化如图1.达平衡时,N2O4的浓度为NO2的2倍,回答下列问题:
①298k时,该反应的平衡常数为(精确到0.01).
②下列情况不是处于平衡状态的是:
A.混合气体的密度保持不变;B.混合气体的颜色不再变化;C.气压恒定时
③若反应在398K进行,某时刻测得n(NO2)=0.6moln(N2O4)=1.2mol,则此时V(正)V(逆)(填“>”、“<”或“=”).
(3)NH4HSO4在分析试剂、医药、电子工业中用途广泛.现向100mL0.1mol·L﹣1NH4HSO4溶液中滴加0.1mol·L﹣1NaOH溶液,得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图2所示.试分析图中a、b、c、d、e五个点.
①b点时,溶液中发生水解反应的离子是;
②在c点,溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序.
③d、e点对应溶液中,水电离程度大小关系是de(填“>”、“<”或“=”).
11.
(1)在2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g),在其他条件不变的情况下,探究温度对反应的影响,
实验结果如图1所示(注:
T2>T1,均大于300℃).
①温度为T2时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均反应速率为.
②通过分析图1,温度对反应CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)的影响可以概括为.
③下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是(填字母).
A.体系压强保持不变
B.密闭容器中CO2、H2、CH3OH(g)、H2O(g)4种气体共存
C.CH3OH与H2物质的量之比为1:
3
D.每消耗1molCO2的同时生成3molH2
④已知H2(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为﹣285.8kJ·mol﹣1和﹣726.5kJ·mol﹣1,写出由CO2和H2生成液态甲醇和液态水的热化学方程式:
.
(2)在容积可变的密闭容器中,由CO和H2合成甲醇CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g),CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示.
①该反应的平衡常数表达式K=
,250℃、0.5×104kPa下的平衡常数(填“>”、“<”或“=”)300℃、1.5×104kPa下的平衡常数.
②实际生产中,该反应条件控制在250℃、1.3×104kPa左右,选择此压强而不选择更高压强的理由是.
12.
(I)在一个容积固定不变的密闭容器中进行反应:
2X(g)+Y(g)⇌2Z(g),已知将2molX和1molY充入该容器中,反应在绝热条件下达到平衡时,Z的物质的量为pmol.回答下列问题:
(1)若把2molX和1molY充入该容器时,处于状态I,达到平衡时处于状态II(如图1),则该反应的△H 0;熵变△S 0(填:
“<,>,=”).该反应在 (填高温或低温)条件下能自发进行.
该反应的v﹣t图象如图2中左图所示.若其他条件不变,仅在反应前加入合适的催化剂,则其v﹣t图象如图2中右图所示.以下说确的是
①a1>a2②b1<b2③t1>t2④右图中阴影部分面积更大⑤两图中阴影部分面积相等
(3)若该反应在容积可变的密闭容器中发生,在温度为T1、T2时,平衡体系中X的体积分数随压强变化曲线如图3所示.下列说确的是 .
A.A、C两点的反应速率:
A>CB.A、C两点的气体密度:
A<C
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:
B<CD.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(II)在容积可变的密闭容器中发生反应:
mA(g)+nB(g)⇌pC(g),在一定温度和不同压强下达到平衡时,分别得到A的物质的量浓度如下表
压强p/Pa2×1055×1051×106
c(A)/mol•L﹣10.080.200.44
(1)当压强从2×105Pa增加到5×105Pa时,平衡 移动(填:
向左,向右,不)
维持压强为2×105Pa,当反应达到平衡状态时,体系中共有amol气体,再向体系中加入bmolB,当重新达到平衡时,体系中气体总物质的量是 mol.
(3)其他条件相同时,在上述三个压强下分别发生该反应.2×105Pa时,A的转化率随时间变化如图4,请在图4中补充画出压强分别为5×105Pa和1×106Pa时,A的转化率随时间的变化曲线(请在图4上画出曲线并标出相应压强).
13.
硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3:
2SO2(g)+O2(g)═2SO3(g)△H<0
(1)如果2minSO2的浓度由6mol/L下降为2mol/L,那么,用O2浓度变化来表示的反应速率为 .
(2)某温度下,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图1所示.根据图示回答下列问题:
该反应的平衡常数的表达式为 ,平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A) K(B)(填“>”、“<”或“=”).
(3)此反应在恒温密闭的装置中进行,能充分说明此反应已达到平衡的标志是 (填字母).
A.接触室中气体的平均相对分子质量不再改变
B.接触室中SO2、O2、SO3的浓度相同
C.接触室中SO2、SO3的物质的量之比为2:
1:
2
D.接触室中压强不随时间变化而变化
(4)图2表示该反应在密闭容器中达到平衡时,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.
14.
碳、氮及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。
请回答下列问题:
(1)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
例如:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH1=-574kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH2
若2molCH4还原NO2至N2,整个过程中放出的热量为1734kJ,则ΔH2=;
(2)据报道,科学家在一定条件下利用Fe2O3与甲烷反应可制取“纳米级”的金属铁。
其反应如下:
Fe2O3(s)+3CH4(g)
2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g)⊿H>0
①若反应在5L的密闭容器中进行,1min后达到平衡,测得Fe2O3在反应中质量减少3.2g。
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