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化学练习题十七
2014-2015年高三化学练习题(十七)
———化学平衡
1、氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料,它可由石英与焦炭在高温的氮气流中,通过以下反应制得:
(1)配平反应中各物质的化学计量数,并标明电子转移方向和数目。
(2)该反应的氧化剂是,其还原产物是。
(3)上述反应进程中能量变化示意图如下,试在图像中用虚线表示在反应中使用催化剂后能量的变化情况。
(4)该反应的平衡常数表达式为K=。
升高温度,其平衡常数(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
(5)该化学反应速率与反应时间的关系如上图所示,t2时引起v正突变、v逆渐变的原因是
,t3引起变化的因素为,
t5时引起v逆大变化、v正小变化的原因是。
2、含硫化合物在工业生产中有广泛的用途。
SO2可用于工业生产SO3。
①在一定条件下,每生成8gSO3气体,放热9.83kJ。
该反应的热化学方程式为:
________。
②在500℃,催化剂存在的条件下,向容积为1L的甲、乙两个密闭容器中均充入2molSO2和1molO2。
甲保持压强不变,乙保持容积不变,充分反应后均达到平衡。
I.平衡时,两容器中SO3体积分数的关系为:
甲_______乙(填“>”、“<”或“=”)。
II.若乙在t1min时达到平衡,此时测得容器乙中SO2的转化率为90%,则该反应的平衡常数为_______;保持温度不变,t2min时再向该容器中充入1molSO2和1molSO3,t3min时达到新平衡。
请在下图中画出t2~t4min内正逆反应速率的变化曲线(曲线上必须标明V正、V逆 )
请写出平衡常数的计算过程(用三段式)
3、工业上可以利用废气中的CO2为原料制取甲醇,其反应方程式为:
CO2+3H2
CH3OH+H2O。
请回答下列问题:
(1)已知常温常压下下列反应的能量变化如下图所示:
1molCO(g)+1molH2O(l)
1molCO(g)+2molH2(g)
1molCH3OH(l)
1molCO2(g)+1molH2(g)
写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式___。
该反应的△S____0(填“>”或“<”或“=”),在______情况下有利于该反应自发进行。
(2)如果上述反应方程式的平衡常数K值变大,则该反应__(选填编号)。
A.一定向正反应方向移动B.在平衡移动时正反应速率先增大后减小
C.一定向逆反应方向移动D.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
(3)如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,能说明反应已达到平衡状态的是__
A.3v正(H2)=v逆(CO2)B.C(H2)=C(CO2)C.容器内气体的密度不变D.容器内压强不变
(4)若反应的容器容积为2.0L,反应时间4.0min,容器内气体的密度增大了2.0g/L,在这段时间内CO2的平均反应速率为。
反应在t1时达到平衡,过程中c(CO2)随时间t变化趋势曲线右图所示。
保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,请画出t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线(t2达到新的平衡)。
4、2013年初,全国各地多个城市都遭遇“十面霾伏”,造成“阴霾天”的主要根源之一是汽车尾气和燃煤尾气排放出来的固体小颗粒。
汽车尾气净化的主要原理为:
2NO(g)+2CO(g)
2CO2+N2。
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)的变化曲线如下图所示。
据此判断:
(1)该反应为反应(填“放热”或“吸热”):
在T2温度下,0~2s内的平均反应速率:
v(N2)=;
(2)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,在答题卡上画
出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
(3)某科研机构,在t1℃下,体积恒定的密闭容器中,
用气体传感器测得了不同时间的NO和CO的浓度(具体数据
见下表,CO2和N2的起始浓度为0)。
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/xl0-4molL-1
10.0
4.50
2.50
1.50
1.00
1.00
c(CO)/xl0-3molL-1
3.60
3.05
2.85
2.75
2.70
2.70
t1℃时该反应的平衡常数K=,平衡时NO的体积分数为。
(4)若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是(填代号)。
(下图中v正、K、n、m分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量)
(5)煤燃烧产生的烟气也含氮的氧化物,用CH4催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染。
已知:
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867.0kJ•mol-1
2NO2(g)
N2O4(g)△H=-56.9kJ•mol-1
H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1
写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式:
。
5、利用I2O5可消除CO污染或定量测定CO,反应为:
5CO(g)+I2O5(s)
5CO2(g)+I2(s);ΔH1
(1)已知:
2CO(g)+O2(g)
2CO2(g);ΔH2
2I2(s)+5O2(g)
2I2O5(s);ΔH3
则ΔH1=(用含ΔH2和ΔH3的代数式表示)。
(2)不同温度下,向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO,测得CO2的体积分数φ(CO2)随时间t变化曲线如图。
请回答:
①从反应开始至a点时的反应速率为v(CO)=,
b点时化学平衡常数Kb=。
②d点时,温度不变,若将容器体积压缩至原来的一半,请在图中补充画出CO2体积分数的变化曲线。
③下列说法正确的是。
(填字母序号)
A.容器内气体密度不变,表明反应达到平衡状态
B.两种温度下,c点时体系中混合气体的平均相对分子质量相等
C.增加I2O5的投料量有利于提高CO的转化率
D.b点和d点的化学平衡常数:
Kb<Kd
(3)将500mL(标准状况)含有CO的某气体样品通过盛有足量I2O5的干燥管,170℃下充分反应,用水—乙醇液充分溶解产物I2,定容到100mL。
取25.00mL,用0.0100mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定,消耗标准溶液20.00mL,则样品气中CO的体积分数为。
(已知:
气体样品中其他成分与I2O5不反应;2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6)
6、(改2014年广东高考16分)用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术,反应①为主反应,反应②和③为副反应。
1/4CaSO4(s)+CO(g)⇋1/4CaS(s)+CO2(g)∆H1=-47.3kJ∙mol-1
②CaSO4(s)+CO(g)⇋CaO(s)+CO2(g)+SO2(g)∆H2=+210.5kJ∙mol-1
③CO(g)⇋1/2C(s)+1/2CO2(g)∆H3=-86.2kJ∙mol-1
(1)反应2CaSO4(s)+7CO(g)⇋CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的∆H=__________(用∆H1、∆H2和∆H3表示)
(2)反应①-③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线见图18,结合各反应的∆H,回答下列问题。
a)曲线中对应反应②的是_______(选填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
归纳lgK-T曲线变化规律:
b)_________________。
c)________。
(3)向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入初始浓度为C0mol∙L-1的CO,反应①于900℃
达到平衡,此时c平衡(CO)=8.0X10-5mol∙L-1。
d)用图18中相应的lgK的值计算CO的转化率(忽略副反应,计算结果保留两位有效数字)。
e)c(CO)随反应时间t的变化曲线如图19所示。
若保持其他条件不变,请在答题卡坐标图中分别画出升高反应温度(高于900℃)和降低反应温度(低于900℃)c(CO)随反应时间t的变化曲线图,并作相应的标注(忽略副反应)。
7、研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2,对减缓燃料危机,减少温室效应具有重要的意义。
(1)已知:
①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566kJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-802kJ·mol-1
则CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g) △H= kJ·mol-1
(2)在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L-1的CH4与CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。
据图可知,P1、P2、P3、P4由大到小的顺序 。
在压强为P4、1100℃的条件下,该反应5min时达到平衡点X,则用CO表示该反应的速率为。
该温度下,反应的平衡常数为。
(3)CO和H2在工业上还可以通过反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)来制取。
①在恒温恒容下,如果从反应物出发建立平衡,可认定平衡已达到的是
A.体系压强不再变化B.H2与CO的物质的量之比为1:
1
C.混合气体的密度保持不变D.气体平均相对分子质量为15,且保持不变
②在某密闭容器中同时投入四种物质,2min时达到平衡,测得容器中有1molH2O(g)、1molCO(g)、2.2molH2(g)和一定量的C(s),如果此时对体系加压,平衡向(填“正”或“逆”)反应方向移动,第5min时达到新的平衡,请在下图中画出2~5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线。
8、CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
(1)250℃时,以镍合金为催化剂,向4L密闭容器中通入6molCO2、6molCH4,发生如下反应:
CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)。
平衡体系中各组分体积分数如下表:
物质
CH4
CO2
CO
H2
体积分数
0.1
0.1
0.4
0.4
①此温度下该反应的平衡常数K=。
②已知:
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.3kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=2.8kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ·mol-1
反应CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)的△H=;
③在不同温度下催化剂的催化效率与CO的生成速率如右图所示。
t1~t2℃时,温度升高而CO的生成速率降低的原因是;
(∆代表CO的生成速率,■代表催化剂的催化效率)
④为了提高该反应中CH4的转化率,可以采取的措施是;
⑤若再向容器中同时充入2.0molCO2、6.0molCH4、4.0molCO和8.0molH2,则上述平衡向(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)以CO2为原料可以合成多种物质。
①可降解二氧化碳聚合物是由CO2加聚而成,写出其结构简式:
;
②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解,CO2在铜电极上可转化为甲烷,该电极反应方程式为。
1、
(1)
(配平1分,标明电子转移方向和数目共1分)
(2)氮气氮化硅(化学式同样给分)(2分)
(3)起点、终点与原图像一致(1分),波峰的高度比原图像低(1分)。
图示答案略。
(4)K=[c(CO)]6/[c(N2)]2(1分)减小(1分)
(5)增大了氮气的浓度(1分)加入(使用)了(正)催化剂(1分)
升高温度或缩小容器体积(2分)
1、试题分析:
30、该反应中碳化合价由0价到+2,氮元素由0价变为-3价,氮气为氧化剂,氮化硅为还原产物;31、催化剂不改变反应能量变化但可以降低反应活化能,即起点、终点与原图像一致,波峰的高度比原图像低;32、由图确定该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数变小;33、t2时图像逆反应速率没变,正反应速率增大应为增加气态反应物浓度,t3时反应速率增大,平衡不移动,(而且方程式化学计量数不等不是压强改变)应该是使用正催化剂;t5时反应速率均增大,且逆反应速率大于正反应速率,应为升高温度或缩小容器体积增大压强。
考点:
考查化学平衡有关问题。
2、
(1)①2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)△H=-196.6kJ/mol
②I > II 810L/mol
【解析】
(1)①在一定条件下,每生成8gSO3的物质的量为0.1mol,放热9.83kJ,则每生成1mol三氧化硫反应放热98.3KJ,所以该反应的热化学方程式为:
2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)△H=-196.6kJ/mol。
②I.2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)正反应是体积缩小的反应,在500℃,催化剂存在的条件下,向容积为1L的甲、乙两个密闭容器中均充入2molSO2和1molO2,起始时甲、乙两容器体积相同,甲保持压强不变,乙保持容积不变,充分反应后均达到平衡,甲为了保持压强不变,容器的体积不断减小,这一过程相当于到达平衡后的乙对容器加压,加压平衡正移.因此,达平衡时,甲容器中SO3体积分数大于乙容器中的三氧化硫,故答案为>;
II.乙在t1min时达到平衡,此时测得容器乙中的转SO2化率为90%,则2molSO2和1molO2在1L密闭容器在t1min内各物质浓度发生的变化如下:
2SO2(g)+O2(g)═2SO3(g)
起始浓度(mol/L) 2 1 0
变化浓度(mol/L)1.8 0.9 1.8
平衡浓度(mol/L)0.2 0.1 1.8
该反应的平衡常数为:
k=C2(SO3)/C2(SO2)×C(O2)=(1.8mol/L)2/(0.2mol/L)2×(0.1mol/L)=810L/mol。
保持温度不变t2min时,化学平衡常数不变,再向该容器中充入1molSO2和1molSO3,反应物SO2和生成物SO3,浓度在t2时都瞬间增加,所以t2时瞬间反应速率增大,在1L密闭容器在t2min内各物质浓度如下:
2SO2(g)+O2(g)═2SO3(g),
起始浓度(mol/L) 1.2 0.1 2.8
此时浓度商为:
QC=C2(SO3)/C2(SO2)×C(O2)=(2.8mol/L)2/(1.2mol/L)2×(0.1mol/L)<K=810L/mol,平衡向正反应方向移动,t3min时达到新平衡,图象如图所示
3、
(1)3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(l)+H2O(l);ΔH=-50KJ/mol;<;低温;
(2)A、D;
(3)CD;(4)0.01mol.L-1.min-1;画图
【解析】
试题分析:
(1)根据题意可得热化学方程式:
①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g)ΔH=-41KJ/mol;②CO(g)+H2(g)=CH3OH(l)ΔH=-91KJ/mol;②-①,整理可得3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(l)+H2O(l);ΔH=-50KJ/mol;由方程式可知,该反应是一个体系的混乱程度减小的反应。
所以△S<0;由于该反应的正反应是放热反应,所以反应在低温情况下有利于该反应自发进行。
(2)由于该反应的正反应是放热反应,所以上述反应方程式的平衡常数K值变大,则平衡正向移动。
由于K只与温度有关,而与压强、浓度等无关,所以只有温度降低才可以满足条件。
当降温时,V正、V逆都减小,V逆减小的多,V正>V逆,平衡正向移动,逆反应速率先减小后又略有增加。
因此选项为A、D。
(3)A.若反应达到平衡,则v正(H2)=3v逆(CO2)。
错误。
B.由于二者消耗时是按照3:
1的物质的量的关系消耗的,所以在开始加入的这两种气体只有按照某一确定的比例混合,达到平衡时才有关系:
C(H2)=C(CO2)。
因此不能作为判断平衡的标志。
错误。
C.由于生成物有液态物质,若反应未达到平衡,则气体的质量就会发生变化,气体的密度也会发生改变。
因此容器内气体的密度不变,可以作为判断平衡的标志。
正确。
D.该反应是反应前后气体体积不等的反应,如果未达到平衡,则气体的物质的量就会发生变化,则容器内气体的压强就会改变。
因此容器内压强不变可以作为判断平衡的标志。
正确。
(4)反应的容器容积为2.0L,容器内气体的密度增大了2.0g/L,则气体的质量增加了2.0g/L×2.0L=4.0g.其中增加的CO2的质量为
;所以Δn(CO2)=Δm÷M=
=0.08mol,因此V(CO2)=Δc(CO2)÷Δt=(0.08mol÷2L)÷4min=0.01mol/(L·min)。
由图像可知:
反应CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(l)+H2O(l)中起始时c(CO2)=0.10mol/L,平衡时c(CO2)=0.025mol/L,则Δc(CO2)=0.075mol/L,所以平衡时各物质的浓度为:
c(H2)=0.075mol/L,该反应的平衡常数
;当保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,c(CO2)=0.05mol/L,c(H2)=0.15mol/L,平衡向右移动,设消耗c(CO2)=xmol/L,则消耗c(H2)=3xmol/L,平衡时各物质的浓度分别为c(CO2)=(0.05-x)mol/L,c(H2)=(0.15-3x)mol/L,平衡常数不变。
即
,解得x=0.025mol/L,则t2达到新的平衡时c(CO2)=0.025mol/L.故t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线为如图所示。
考点:
考查热化学方程式的书写、化学平衡状态的判断、反应的方向性、化学反应速率的计算、CO2浓度与时间图像的表示。
4、
(1)放热0.025mol/(L·s)(各2分,共4分)
(2)见图(在T1S1下方,起点不变、终点在虚线后即可,合理均可)(2分)
(3)5000L/mol(2分)2.41%(2分)
(4)BD(共2分,少选得1分,错选不得分)
(5)CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)H═—898.1kJ/mol(2分)
【解析】
⑴依据“先拐先平,数值大”的原则,可知:
T1>T2,而在T1条件下可知,二氧化碳的含量反而低,可知,升高温度反应逆向移动,因此正向是放热的。
化学反应速率等于单位时间内反应物或者生成物浓度的变化量,因此可以确定用二氧化碳表示的化学反应速率就为:
0.050mol/(L·s),再依据化学反应速率之比等于化学计量数之比,可知;用氮气表示的化学反应速率就为:
0.025mol/(L·s)。
⑵增大表面积,只是增大反应速率,并不影响二氧化碳的含量,因此,只是反应达到平衡的时间延长,并不影响二氧化碳的量。
⑶2NO(g)+2CO(g)
2CO2+N2
起始浓度:
10-3mol/L3.6×10-3mol/L00
转化浓度:
9.0×10-4mol/L9.0×10-4mol/L9.0×10-4mol/L4.5×10-4mol/L
平衡浓度:
10-4mol/L2.7×10-3mol/L9.0×10-4mol/L4.5×10-4mol/L
因此平衡常数:
根椐,平衡时体积比等于物质的量之比,等于浓度之比,所以平衡时NO的体积分数为:
⑷A图中正反应速率反应开始后是减小的,错误;B图中表示的是化学平衡常数随时间的变化,因为是绝热的,而反应又是放热的,所以随着反应的进行,放出的热量散不出去,
衡常数减小,但在某一个时刻达到平衡状态。
正确;C图中在t1后各自的物质的量还在变化,则不是平衡状态,错误;D图中一氧化氮的质量在t1时刻质量不变,一定是一个平衡状态。
正确。
⑸①CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867.0kJ•mol-1
②2NO2(g)
N2O4(g)△H=-56.9kJ•mol-1
③H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1
①-②+③×2:
CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H═—898.1kJ/mol
5、
(1)2.5ΔH2-0.5ΔH3(3分)
(2)①0.6mol·L-1·min-1(2分,不带单位扣1分),1024或者45(3分)
②
③AB(2分,选对一个得1分,有错选得0分)
(3)8.96%(3分,三位有效数字,错误扣1分)
【解析】
(1)根据盖斯定律,对照第1个反应和第2个反应中CO,对照第1个反应和第3个反应中I2或I2O5,可得ΔH1=2.5ΔH2-0.5ΔH3。
(2)①设转化的CO物质的量浓度为x,根据三段式进行计算:
5CO(g)+I2O5(s)
5CO2(g)+I2(s)
起始浓度(mol•L‾1)10
转化浓度(mol•L‾1)xx
平衡浓度(mol•L‾1)1-xx
a点CO2的体积分数为0.3,则x/1=0.3,可得x=0.3mol•L‾1,则v(CO)=0.3mol/L÷0.5min=0.6mol·L-1·min-1;类似a点计算,可求出b点CO的平衡浓度为0.2mol•L‾1,CO2的平衡浓度为0.8mol•L‾1,则b点时化学平衡常数Kb=c5(CO2)÷c5(CO)=0.85÷0.25=45。
②d点时,温度不变,若将容器体积压缩至原来的一半,压强增大,因为该反应前后气体的系数相等,所以增大压强,平衡不移动,CO2的体积分数不变,可画出CO2体积分数的变化曲线。
③A、容器内气体密度不变,说明气体的质量不变,则反应达到平衡状态,正确;B、c点时两温度下CO2的体积分数相等,说明气体组成相同,则体系中混合气体的平均相对分子质量相等,正确;C、因为I2O5为固体,增加I2O5的投料量,CO的转化率不变,错误;D、b点CO2的体积分数大,说明b点平衡常数大,所以Kb>Kd,错误。
(3)根据化学方程式可得对应关系:
5CO~I2~2Na2S2O3,n(CO)=5/2n(Na2S2O3)=5/2×0.0100mol·L-1×0.02L×4=0.002mol,则样品气中CO的体积分数为:
0.002mol×22.4L/mol÷0.5L×100%=8.96%
6、
(1)4∆H1+∆H2+2∆H3(2分)
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