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化学平衡11讲解
化学平衡
一.实验题(共28小题)
1.可逆反应Fe(s)+CO2(g)⇌FeO(s)+CO(g),在温度938K时,平衡常数K=1.47,在1173K时,K=2.15.
(1)能判断该反应达到平衡的依据是 .
A.容器内压强不变了B.c(CO)不变了C.V正(CO2)=V逆(CO)D.c(CO2)=c(CO)
(2)若该反应在体积固定的密闭容器中进行,在一定条件下达到平衡状态,如果改变下列条件再达平衡后 (选填“增大”、“减小”或“不变”).
①升高温度,CO2的平衡浓度,②再通入CO2,CO2的转化率,③增大容器的体积,混和气体的平均分子量.
(3)该反应的逆速率随时间变化情况如图:
从图中看到,反应在t2时达平衡,在t1时改变了某种条件,改变的条件可能是 .(填序号,答案可能不止一个)
a.升温b.增大CO2的浓度c.使用催化剂d.增压.
2.火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)?
二氧化硫和二氧化碳等气体会对环境造成严重影响?
对燃煤废气进行脱硝?
脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保?
节能减排?
废物利用等目的?
(1)脱硝?
利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=﹣574kJ/mol
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=﹣1160kJ/mol则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为
(2)脱碳?
将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:
CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H3
①取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1:
3),分别加入温度不同?
容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图1所示,则上述CO2转化为甲醇的反应热△H3 0(填“>”?
“<”或“=”),该反应的平衡常数表达式为 ?
②在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2,进行上述反应?
测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示,试回答:
0~10min内,氢气的平均反应速率为 mol/(L•min)?
第10min后,若向该容器中再充入1molCO2和3molH2,则再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数 (填“变大”?
“减少”或“不变”)?
(3)脱硫?
①有学者想利用如图3所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料.A?
B是惰性电极,A极的电极反应式为:
.
②某种脱硫工艺中将废气处理后,与一定量的氨气?
空气反应,生成硫酸铵和硝酸铵的混合物,可作为化肥?
常温下,向一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的氨水溶液,使溶液中的NO3﹣和NH4+的物质的量浓度相等,则溶液的pH 7(填写“>”“=”或“<”)
3.通过煤的气化和液化,使碳及其化合物得以广泛应用.
Ⅰ.工业上先用煤转化为CO,再利用CO和水蒸气反应制H2时,存在以下平衡:
CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)
(1)向1L恒容密闭容器中充入CO和H2O(g),800℃时测得部分数据如下表.
t/min
0
1
2
3
4
n(H2O)/mol
0.600
0.520
0.450
0.350
0.350
n(CO)/mol
0.400
0.320
0.250
0.150
0.150
则该温度下反应的平衡常数K= .(精确到小数点后一位)
(2)相同条件下,向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1molH2O(g)、2molCO2、2mo1H2,此时v(正) v(逆)(填“>”“=”或“<”).
Ⅱ.已知CO(g)、H2(g)、CH3OH(l)的燃烧热分别为283kJ•mol﹣1、286kJ•mol﹣1、726kJ•mol﹣1.
(3)利用CO、H2合成液态甲醇的热化学方程式为 .
(4)依据化学反应原理,分析增加压强对制备甲醇反应的影响 .
Ⅲ.为摆脱对石油的过度依赖,科研人员将煤液化制备汽油,并设计了汽油燃料电池,电池工作原理如图所示:
一个电极通入氧气,另一电极通入汽油蒸气,电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2﹣.
(5)以辛烷(C8H18)代表汽油,写出该电池工作时的负极反应方程式 .
(6)已知一个电子的电量是1.602×10﹣19C,用该电池电解饱和食盐水,当电路中通过1.929×105C的电量时,生成NaOH g.
Ⅳ.煤燃烧产生的CO2是造成温室效应的主要气体之一.
(7)将CO2转化成有机物可有效地实现碳循环.如:
a.6CO2+6H2O
C6H12O6+6O2b.2CO2+6H2
C2H5OH+3H2O
c.CO2+CH4
CH3COOHd.2CO2+6H2
CH2=CH2+4H2O
以上反应中,最节能的是 ,反应b中理论上原子利用率为 .
4.为有效控制雾霾,各地积极采取措施改善大气质量,研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物含量显得尤为重要.氮氧化物研究
(1)一定条件下,将2molNO与2molO2置于恒容密闭容器中发生反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g),下列各项能说明反应达到平衡状态的是 .
a.体系压强保持不变b.混合气体颜色保持不变
c.NO和O2的物质的量之比保持不变d.每消耗1molO2同时生成2molNO2
(2)汽车内燃机工作时会引起N2和O2的反应:
N2+O2═2NO,是导致汽车尾气中含有NO的原因之一.在T1、T2温度下,一定量的NO发生分解反应时N2的体积分数随时间变化如图1所示,根据图象判断反应N2(g)+O2(g)═2NO(g)的△H 0(填“>”或“<”).
(3)NOx是汽车尾气中的主要污染物之一.汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化如图2所示:
写出该反应的热化学方程式:
.
5.石油化工生产中,通过裂解可获得化工产品如乙烯、丙烯等.在2L恒温密闭容器中投入10mol丁烷(C4H10),在一定条件下发生反应:
(C4H10(g)⇌C2H4(g)+C2H6(g).测得体系中乙烯的物质的量与时间关系如图Ⅰ所示:
(1)能判断反应达到化学平衡状态的是 (填字母).
a.c(C2H6)与c(C2H4)的比值保持不变
b.容器中气体压强保持不变
c.容器中气体密度保持不变
d.单位时间内有1molC4H10消耗的同时有1molC2H4生成
(2)相对于曲线b,曲线a改变的条件是 判断的理由是 .
(3)若图中b、c表示其它条件不变,改变温度时n(C2H4)随时间的变化曲线,可以判断该反应的正反应是 (填“放热”或“吸热”反应).
(4)在曲线b对应的条件下,反应进行0~20min区间内的速率v(C2H6)= .
(5)将C2H6和O2设计成如图Ⅱ电化学装置,若c、d均用铜电极,a极的电极反应式为 ;c极的电极反应式为 .
6.碳、氮广泛的分布在自然界中,碳、氮的化合物性能优良,在工业生产和科技领域有重要用途.
(1)氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料,它可由SiO2与过量焦炭在1300~1700°C的氮气流中反应制得:
3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)⇌Si3N4(s)+6CO(g).△H=﹣1591.2kJ/mol,则该反应每转移1mole﹣,可放出的热量为 .
(2)某研究小组现将三组CO(g)与H2O(g)的混合气体分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,一定条件下发生反应:
CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g),得到如表数据:
实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达平衡所需时间/mol
CO
H2O
CO
H2
1
650
2
4
0.5
1.5
5
2
900
1
2
0.5
0.5
①实验1中,前5min的反应速率v(CO2)= .
②下列能判断实验2已经达到平衡状态的是 .
a.容器内CO、H2O、CO2、H2的浓度不再变化b.容器内压强不再变化
c.混合气体的密度保持不变d.v正(CO)=v逆(CO2)
e.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
③若实验2的容器是绝热的密闭容器,实验测得H2O(g)的转化率H2O%随时间变化的示意图如图1所示,b点v正 v逆(填“<”、“=”或“>”),t3~t4时刻,H2O(g)的转化率H2O%降低的原因是 .
(3)利用CO与H2可直接合成甲醇,下图是由“甲醇﹣空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图如图2,写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式 ,利用该电池电解1L0.5mol/L的CuSO4溶液,当消耗560mLO2(标准状况下)时,电解后溶液的pH= (溶液电解前后体积的变化忽略不计).
7.N2H4(肼)可作用制药的原料,也可作火箭的燃料.
(1)肼能与酸反应.N2H6Cl2溶液呈弱酸性,在水中存在如下反应:
①N2H62++H2O⇌N2H5++H3O+平衡常数K1
②N2H5++H2O⇌N2H4+H3O+平衡常数K2
相同温度下,上述平衡常数K2<K1,其主要原因是 .
(2)工业上,可用次氯酸钠与氨反应制备肼,副产物对环境友好,写出化学方程式 .
(3)肼在催化剂作用下分解只产生两种气体,其中一种气体能使红色石蕊试纸变蓝色.
在密闭容器中发生上述反应,平衡体系中肼气体的体积分数与温度关系如图1所示.
该反应的正反应△H 0(填:
<、>或=,下同);P2 P1.
(4)已知热化学反应方程式:
反应I:
N2H4(g)⇌N2(g)+2H2(g)△H1;
反应II:
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H2.
①△H1 △H2(填:
<、>或=)
②7N2H4(g)⇌8NH3(g)+3N2(g)+2H2(g)△H
△H= (用△H1、△H2表示).
③向1L恒容密闭容器中充入0.1molN2H4,在30℃、Ni﹣Pt催化剂作用下发生反应I,测得混合物体系中,
(用y表示)与时间的关系如图2所示.
0~4.0min时间内H2的平均生成速率υ(H2)= mol•L﹣1•min﹣1;该温度下,反应I的平衡常数K= .
(5)肼还可以制备碱性燃料电池,氧化产物为稳定的对环境友好的物质.该电池负极的电极反应式为 ;若以肼﹣空气碱性燃料电池为电源,以NiSO4溶液为电镀液,在金属器具上镀镍,开始两极质量相等,当两极质量之差为1.18g时,至少消耗肼的质量为 g.
8.
(1)目前工业合成氨的原理是N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=﹣93.0kJ•mol﹣1.
已知一定条件下:
2N2(g)+6H2O(l)⇌4NH3(g)+3O2(g)△H=+1530.0kJ•mol﹣1.则氢气燃烧热的热化学方程式为 .
(2)如图,在容积为1L,温度为T1的恒温恒容装置中进行合成氨反应.
①前25min内,用H2浓度变化表示的化学反应速率是 mol/(L•min).
②在25min末刚好平衡,则平衡常数K= .
③另一温度为T2的恒压的容器中,充入1molN2和3molH2,起始时体积为2L,达平衡时NH3的浓度为1mol/L,则T2 T1(填“>”、“<”或“=”)
(3)在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应,下列说法正确的是 .
A.当气体体积不再变化时,则气体的平均摩尔质量也不变化
B.当气体密度不再变化,v正>v逆
C.平衡后,往装置中通入一定量Ar,压强不变,平衡不移动
D.平衡后,压缩容器,N2的浓度增大
(4)汽车尾气中的SO2可用石灰水来吸收,生成亚硫酸钙浊液.常温下,测得某纯CaSO3与水形成的浊液pH为9,已知Ka1(H2SO3)=1.8×10﹣2,Ka2(H2SO3)=6.0×10﹣9,忽略SO32﹣的第二步水解,则Ksp(CaSO3)= (注意水解掉的SO32﹣与原SO32﹣比是否可以忽略不计).
(5)直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质溶液,电池反应为4NH3(g)+3O2═2N2+6H2O.则负极电极反应式为 .
9.甲醇是一种重要的工业原料,利用甲醇可以制氢气.
Ⅰ.甲醇与水蒸气反应可以直接制得氢气.
已知CH3OH(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+3H2(g)△H>0
一定条件下,向体积为2L的恒容器密闭容器中充入1.2molCH3OH(g)和2.8molH2O(g),实验测得,反应共吸收的能量和甲醇的体积分数随时间变化的曲线图象如图1.
(1)从反应开始至平衡,H2的平均反应速率为 .
(2)该条件下,CH3OH(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+3H2(g)的△H= ,该反应的平衡常数为 .
(3)B点时水的体积分数 C点(填“>”、“=”或“<”).
(4)在D点时,将容器的体积压缩为原来的一半,同时再充入7.2mol的H2O(g),CH3OH(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+3H2(g)平衡 移动(填“往左”、“往右”或“不”).
Ⅱ.将甲醇燃料电池高温电解等物质的量的H2O﹣CO2混合气体可以间接制备H2.其基本原理如图2所示.
(5)甲醇燃料电池以酸性溶液为电解质,写出电池负极的电极反应式 .
(6)电解池中发生的总反应方程式为 .
(7)当质子交换膜中通过的H+数目为4.816×1023时,理论上电解池中产生的H2为 L(标准状况).
10.将一定量的SO2和含0.7mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中,550℃时,在催化剂作用下发生反应:
2SO2+O2
2SO3(正反应放热),反应达到平衡后,将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液,气体体积减少了21.28L;再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2,气体的体积又减少了5.6L(以上气体体积均为标准状况下的体积).(计算结果保留一位小数)
请回答下列问题:
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是 .(填字母)
a.SO2和SO3浓度相等b.SO2百分含量保持不变
c.容器中气体的压强不变d.SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e.容器中混合气体的密度保持不变
(2)求该反应达到平衡时SO2的转化率 (用百分数表示).(写出计算过程)
(3)若将平衡混合气体的5%通入过量的BaCl2溶液,生成沉淀多少克?
(写出计算过程)
11.某温度时,在一个容积为2L的密闭容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示.根据图中数据,试填写下列空白:
(1)该反应的化学方程式为 .
(2)反应开始至2min,气体Z的反应速率为 此时的体系压强是开始时的 倍
(3)若反应容器体积可变,则充入氦气会使反应速率 (填变快、变慢或不变)
(4)在2L的另一个密闭容器中,放入0.2molA和0.3molB,在一定温度下,压强为p,放入催化剂(体积忽略),发生反应2A(g)+3B(g)⇌xC(g)+2D(g),在amin后,容器中c(A)=0.05mol•L﹣1,若温度不变,压强变为0.9p,则v(C)= .
12.已知N2O4和NO2可以相互转化:
2NO2(g)⇌N2O4(g)△H<0现将一定量N2O4和NO2的混合气体通入体积为2L的恒温密闭玻璃容器中,发生反应,各物质浓度随时间变化关系如图:
(1)图中曲线 (填“X”或“Y”)表示c(N2O4)随时间的变化.
(2)从起点开始首次达到平衡时,以NO2表示的反应速率为 .
(3)图中b点的平衡常数K的值为 .
(4)其他条件不变,若起始时向该容器中通入0.4molN2O4和0.2molNO2,则v正 v逆(填“>”、“=”或“<”);若升温该反应的平衡常数K (填“增大”、“减小”或“不变”),判断理由是 .
(5)25min时,改变的外界条件是 ,图象中a、b、c、d四点中v正=v逆地的点是 ,四点中 点体系颜色最深.
13.T℃时,在容积为0.5L的密闭容器中发生某一反应,且测得不同时间容器中四种物质A、B、C、D的物质的量变化如图所示.已知:
物质A、B、C均为气态、D为固态,正反应是吸热反应.根据要求回答下列问题:
(1)容器中反应的化学方程式为 .
(2)前2min,v(A)= mol•(min•L)﹣1.
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是 .
A.混合气体的压强不变B.混合气体的密度不变
C.消耗0.1mol的B同时生成0.1mol的DD.B的物质的量不变
(4)T℃时,该反应的平衡常数K= (保留小数点后两位).
反应达到平衡后,只增加B的物质的量,则平衡移动方向为 ;平衡常数K (填增大.减小或不变).
(5)反应达到平衡后,改变下列措施能使A的转化率增大的是 (填选项字母).
A.只增加A的物质的量B.移走一部分D
C.升高反应体系的温度D.把容器的体积缩小一倍
(6)T℃时,容积为1L的密闭容器中,起始时充入0.2molA、0.4molB、0.3molC、0.5molD,此时v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”).
14.甲醇是新型的汽车动力燃料.工业上可通过CO和H2化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为:
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H1=﹣116kJ•mol﹣1
(1)下列措施中有利于提高反应速率的是 (双选,填字母).
A.降低温度B.减小压强C.通入COD.加入催化剂
(2)已知:
CO(g)+
O2(g)═CO2(g)△H2=﹣283kJ•mol﹣1
H2(g)+
O2(g)═H2O(g)△H3=﹣242kJ•mol﹣1
写出1mol甲醇燃烧生成CO2和水蒸气的热化学方程式
(3)为研究合成气最合适的起始组成比,在1L容器中,分别在230℃、250℃和270℃下,改变CO和H2的起始组成比(设起始时CO的物质的量为1mol),结果如图所示:
①230℃的实验结果所对应的曲线是 (填字母).
②从图中可以得出的结论是 .(写一条)
③在270℃时,当CO的转化率为50%时,计算反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)的平衡常数(要求列出化学反应方程式,写出计算过程,结果保留2位有效数字)
15.有可逆反应Fe(s)+CO2(g)⇌FeO(s)+CO(g),已知在温度938K时,平衡常数K=1.5,在1173K时,K=2.2.
(1)能判断该反应达到平衡状态的依据是 (双选,填序号).
A.容器内压强不变了B.c(CO)不变了C.v正(CO2)=v逆(CO)D.c(CO2)=c(CO)
(2)该反应的正反应是 (选填“吸热”、“放热”)反应.
(3)写出该反应的平衡常数表达式 .若起始时把Fe和CO2放入体积固定的密闭容器中,CO2的起始浓度为2.0mol/L,某温度时达到平衡,此时容器中CO的浓度为1.0mol/L,则该温度下上述反应的平衡常数K= (保留二位有效数字).
(4)若该反应在体积固定的密闭容器中进行,在一定条件下达到平衡状态,如果改变下列条件,反应混合气体中CO2的物质的量分数如何变化(选填“增大”、“减小”、“不变”).①升高温度 ;②再通入CO .
(5)该反应的逆反应速率随时间变化的关系如图:
①从图中看到,反应在t2时达平衡,在t1时改变了某种条件,改变的条件可能是(填序号) .(单选)
A.升温B.增大CO2浓度
②如果在t3时从混合物中分离出部分CO,t4~t5时间段反应处于新平衡状态,请在图上画出t3~t5的V(逆)变化曲线
16.工业上在合成塔中采用下列反应合成甲醇:
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=QkJ•mol﹣1
(1)判断该可逆反应达到平衡状态的标志是 (填字母序号).
a.生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等b.混合气体的密度不变
c.混合气体的平均相对分子质量不变d.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
(2)表所列数据是该可逆反应在不同温度下的化学平衡常数(K)
温度
250℃
300℃
350℃
K
2.041
0.270
0.012
①由表中数据判断Q 0(填“>”、“<”或“=”).
②某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡测得c(CO)=0.2mol•L﹣1,此时对应的温度为 ;CO的转化率为 .
(3)要提高CO的转化率,可以采取的措施是 (填字母序号).
a.升温b.加入催化剂
c.增加CO的浓度d.通入H2加压
e.通入惰性气体加压f.分离出甲醇
(4)请在图中画出压强不同,平衡时甲醇的体积分数(φ)随温度(T)变化的两条曲线(在曲线上标出p1、p2,且p1<p2).
17.
(1)接触法制硫酸工艺中,其主反应在450℃并有催化剂存在下进行:
2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)△H=﹣190kJ/mol
①下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 .
a.υ(O2)正=2v(SO3)逆
b.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
c.容器中气体的密度不随时间而变化
d.容器中气体的分子总数不随时间而变化
②在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20molSO2和0.10molO2半分钟后达到平衡,测得容器中含SO30.18mol,则υ(O2)= mol•L﹣1•min﹣1;若继续通入0.4molSO2和0.2molO2则平衡 移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”),再次达到平衡后, mol<n(SO3)< mol.
(2)工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)],反应的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)
(1)+H2O(l),该反应的平衡常数和温度关系如下:
T/°C
165
175
185
195
K
111.9
74.1
50.6
34.8
①△H 0(填“>”、“<”或“=”)
②在一定温度和压强下,若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比(氨碳比)
,下图是氨碳比(x)与CO2平衡转化率(a)的关系.a随着x增大而增大的原因是 .
(3)图中的B点处,NH3的平衡转化率为 .
18.在2L密闭容器中,800℃时反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表所示:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(NO)/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)写出该反应的平衡常数表达式:
K= .已知:
K300℃>K350℃,则该反应是 热反应.
(2)能说明该反应已达到平衡状态的是 .
a.v(NO2)=2v(O2)b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)d.容器内的密度保持不变
(3)为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是 .
a.及时分离出NO2气体b.适当升高温度
c.增大O2的浓度d.选择高效催化剂
(4)图中表示NO2的变化的曲线是 .用O2表示从0~2s内该反应的平均速率v= .
19.已知体积为2L的恒容密闭容器中发生反应:
2SO2(
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