江苏省丹阳高级中学人教版高中化学选修1-第2章简答题专项复习题(含答案解析)
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一、解答题
1.近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。
过程如下:
(1)对反应II,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。
p2___________p1(填“>”或“<”),得出该结论的理由是___________。
(2)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。
将补充完整。
i.SO2+4I-+4H+=S↓+2I2+2H2O
ii.I2+2H2O+SO2=___________+___________+2I-
(3)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将:18 mLSO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。
(已知:I2易溶解在KI溶液中)
序号A B C D
试剂组成0.4 mol/LKI
a mol/LKI
0.2 mol/LH2SO4
0.2
mol/LH2SO4
0.2 mol/LKI
0.0002 mol I2
实验现象溶液变黄,一段
时间后出现浑浊
溶液变黄色,出现
浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色,
变成黄色,出现浑浊较A
快
②比较A、B、C,可得出的结论是___________。
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A,结合i、ii反应速率解释原因:___________。
答案:>;当温度相同时,增大压强,平衡正向移动,导致硫酸在平衡体系中物质的量分数增大4H+2-
4
SO0.4在酸性条件下,SO2与I-反应速率更快,且SO2与稀硫酸不发生反应,故答案为:在酸性条件下,SO2与I-反应速率更快,且SO2与稀硫酸不发生反应反应ⅱ比反应i快,D中由反应ii产生的氢离子使反应i加快
【详解】
(1)相同温度下,增大压强,平衡正向移动,导致硫酸在平衡体系中物质的量分数增大,根据图知,相同温度下,达到平衡状态时硫酸含量:P 1<P 2,说明压强P 2>P 1,故答案为:>;当温度相同时,增大压强,平衡正向移动,导致硫酸在平衡体系中物质的量分数增大;
(2)化学反应中的催化剂在第一个反应中作反应物、第二个反应中作生成物,总方程式为得3SO 2(g)+2H 2O(g)=2H 2SO 4(l)+S(s),催化过程中i 。
SO 2+4I -+4H +=S↓+2I 2+2H 2O ,说明I -、H +在i 中作反应物,在ii 中作生成物,同时ii 中还生成H 2SO 4,根据元素守恒知,ii 中方程式应该为:I 2+2H 2O+SO 2═4H ++2-4SO +2I -,答案为:4H +;2-
4SO ;
(3)①B 是A 的对比实验,所用c(KI)应该相等,否则无法得出正确结论,所以a=0.4,故答案为:0.4;
②比较A 、B 、C ,A 中只含KI 、B 中含有KI 和硫酸、C 中只含硫酸,反应快慢顺序是B >A >C ,且C 中没有明显现象,说明不反应,B 中含有酸导致其反应速率加快,所以得出的结论是:在酸性条件下,SO 2与I -反应速率更快,且SO 2与稀硫酸不发生反应,故答案为:在酸性条件下,SO 2与I -反应速率更快,且SO 2与稀硫酸不发生反应;
③实验表明,SO 2的歧化反应速率D >A ,结合i 、ⅱ反应速率解释原因为反应ⅱ比反应i 快,D 中由反应ii 产生的氢离子使反应i 加快,故答案为:反应ⅱ比反应i 快,D 中由反应ii 产生的氢离子使反应i 加快。
2.天然气的主要成分为CH 4,一般还含有C 2H 6等烃类,是重要的燃料和化工原料。
回答下列问题:
(1)乙烷在一定条件可发生反应:C 2H 6(g)
C 2H 4(g)+H 2(g) ΔH 1 已知:298K 时,相关物质的相对能量如图。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的
ΔH (ΔH 随温度变化可忽略)。
①ΔH 1=____kJ·
mol −1。
②2L 密闭容器中通入等物质的量的乙烷和氢气,在等压下(p)发生上述反应,乙烷的平衡转化率为α。
反应的平衡常数K x =_____(用物质的量分数代替平衡浓度计算)。
(2)已知反应CaCO 3(s)=CaO(s)+CO 2(g) △H (298K)=+178.2kJ·mol -1,ΔS (298K)=+169.6J .mol -1·K -1则该反应能自发进行的最低温度为_____K(假设反应的焓变与熵变不随温度变化而变
化,结果保留整数)。
(3)恒温条件下,在体积可变的密闭容器中发生反应CO(g)+2H 2(g)
CH 3OH(g),达到平衡时,测得CO 、H 2、CH 3OH 分别为1mol 、1mol 、1mol ,容器的体积为3L 。
再往容器中通
入3molCO ,此时平衡将____移动(填“向右”、“向左”或“不”)。
(4)工业合成氨中制取氢气的原理如下:
Ⅰ:CH 4(g)+H 2O(g)
CO(g)+3H 2(g) ΔH =+206.4kJ·mol −1 Ⅱ:CO(g)+H 2O(g)
CO 2(g)+H 2(g) ΔH =-41.2kJ·mol −1 ①对于反应I ,一定可以提高平衡体系中H 2百分含量,又能加快反应速率的是____(填字母)。
a .升高温度
b .增大水蒸气浓度
c .加入催化剂
d .降低压强
②下列措施可以提高CH 4转化率的是_____(填字母)。
a .适当升高温度
b .将H 2从反应体系中分离出来
c .保持体积不变充入He ,使体系总压强增大
d .按原比例再充入CH 4(g)和H 2O(g) 答案:α(1+α)(1-α)(2+α)
1051 不 a ab 【详解】
(1)①结合题图所示,根据ΔH 1=生成物总能量-反应物总能量=52 kJ·mol −1+0 kJ·mol −1-(-
84)kJ·mol −1=136 kJ·mol −1;
②设2L 密闭容器中通入乙烷和氢气的物质的量均为2mol ,乙烷的平衡转化率为α,列三段式:
()()()()
()
()26242mol/L 101mol/L C H g C H g +H g α
ααmol/L 1-ααα1+始变平
用物质的量分数代替平衡浓度计算反应的平衡常数K x =1+2+2+1-αααααα
2+⨯=α(1+α)(1-α)(2+α)
; (2) 根据复合判据:△H -T △S <0时反应能自发进行,已知反应CaCO 3(s)=CaO(s)+CO 2(g)
△H (298K)=+178.2kJ·
mol -1,ΔS (298K)=+169.6J .mol -1·K -1, 298K 时,△H -T △S =+178.2kJ·mol -1-298K×(169.6×10-3)kJ·mol -1·K -1=+127.7kJ·mol -1>0,故常温下该反应不
能自发进行。
当△H -T △S =0时,T =H S =-3178.2kJ/mol 169.6(10kJ/mol K)
⨯⋅=1051K ,故当T >1051K 时,△H -T △S <0,反应才能自发进行;
(3)恒温条件下,在体积可变的密闭容器中发生反应CO(g)+2H 2(g)CH 3OH(g),达到平衡时,测得CO 、H 2、CH 3OH 分别为1mol 、1mol 、1mol ,容器的体积为3L ,此时平衡常数
K =()()()322c CH OH c CO c H =21
31133⎛⎫⨯ ⎪⎝⎭
=9;温度不变,平衡常数不变,通入3molCO 瞬间体积变为
3L×6
3
=6L ,浓度商Q c=2
1
6
41
66
⎛⎫
⨯ ⎪
⎝⎭
=9=K,平衡不移动;
(4)①反应I正反应为气体分子数增大的吸热反应,
a.升高温度,体系反应速率增大,平衡正向移动,平衡体系中H2百分含量增大,故a符合题意;
b.增大水蒸气浓度,反应速率加快,平衡正向移动,根据外界条件的变化远大于体系平衡的移动,若加入的水蒸气足够多,平衡体系中H2百分含量会减小,故b不符合题意;c.加入催化剂反应速率加快,但平衡不移动,平衡体系中H2百分含量不变,故c不符合题意;
d.降低压强,平衡正向移动,平衡体系中H2百分含量增大,但反应速率减慢,故d不符合题意;
②a.反应I为吸热反应,反应Ⅱ为放热反应,适当升高温度,反应I平衡正向移动,反应Ⅱ平衡逆向移动,但反应I平衡正向移动的程度更大,CH4转化率增大,故a符合题意;b.将H2从反应体系中分离出来,平衡体系中H2的浓度减小,反应I、Ⅱ平衡均正向移动,CH4转化率增大,故b符合题意;
c.保持体积不变充入He,使体系总压强增大,但由于体积不变,平衡体系中各组分的浓度不变,平衡不移动,CH4转化率不变,故c不符合题意;
d.按原比例再充入CH4(g)和H2O(g),反应物浓度增大,体系平衡正向移动,但外界条件变化,远大于体系平衡的移动,CH4转化率减小,故d不符合题意;
答案选ab。
3.节能减排CO2建设友好型社会的必然选择。
(1)CO2可与H2生成CH4:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。
将原料气按
n(CO2):n(H2)=1mol:4mol置于体积为2L的密闭容器中发生反应,测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如图所示,该反应的平衡常数K随温度降低而___(填“增大”或“减小”)。
恒温条件下,反应经过5min达到平衡,此时压强为初始的0.8倍,用H2表示该阶段化学反应速率为___。
(2)在恒温(T>100℃)恒容装置中进行该反应,达到平衡状态的是___。
a.混合气体密度不再改变
b.混合气体压强不再改变
c.混合气体平均摩尔质量不再改变
d.n(CO 2):n(H 2)=1:2
(3)原料气CO 2可与H 2通过如下反应制备:
①C(s)+CO 2(g)2CO(g)+akJ ②CO(g)+H 2O(g)H 2(g)+CO 2(g)+bkJ
某反应的平衡常数表达式K=22c(CO)c(H )c(H O)
,请写出此反应的热化学方程式___。
(4)CO 2还可与H 2生成CH 3OH ,CO 2(g)+3H 2(g)
CH 3OH(g)+H 2O(g)+Q 1。
下列措施有利于提高合成CH 3OH 反应中CO 2的平衡转化率的是___。
a.使用催化剂
b.加压
c.增大初始投料比22n(CO )n(H )
某温度下该反应的K=450,向该温度下2L 的容器内分别投入0.2molH 2、0.6molCO 2、0.4molCH 3OH 和0.4molH 2O ,则反应向___方向进行(填“正”或“逆”)。
(4)上述反应存在副反应H 2(g)+CO 2(g)CO(g)+H 2O(g)+Q 2,控制压强一定,CO 2和H 2初始比一定,经过相同时间测得如下数据(反应未达平衡):
2数据表明,升高温度,CO 2的实际转化率提高而甲醇的选择性降低,可能的原因是:___。
答案:增大 0.2mol/(L∙min) bc C(s)+H 2O(g)=CO(g)+H 2(g)+(a+b)kJ b 正 温度升高,主反应、副反应的反应速率均加快,但对副反应的反应速率的影响更大
【详解】
(1)根据图知,当反应达到平衡状态后,升高降低,水的物质的量分数增大,说明平衡正向移动,则生成物浓度增大、反应物浓度减小,所以化学平衡常数增大;恒温条件下,反应经过5min 达到平衡,设CO 2的转化量为xmol 则有:
()()
()()()
()()2242CO g +4H g CH g +2H O g mol 1
400mol x 4x x 2x mol 1-x 4-4x x 2x
起始转化平衡
平衡时压强为初始的0.8倍,则
1-x+4-4x+x+2x 1+4=0.8,解得x=0.5,用H 2表示该阶段化学反应速率为0.5mol 45min 2L
⨯⨯=0.2 mol/(L∙min),故答案为:增大;0.2 mol/(L∙min);
(2)a. 反应前后质量和体积一直不变,所以密度一直不变,不能判断平衡,故a 错误; b. 该反应是气体体积减小的反应,反应过程中温度不变,混合气体的总物质的量减小,压强减小,当压强不变时,说明反应达平衡状态,故b 正确;
c. 反应前后质量不变,但物质的量在变,所以平均摩尔质量保持不变,说明反应达平衡状态,故c 正确;
d. 原料气按n(CO 2):n(H 2)=1:4发生反应CO 2(g)+4H 2(g)⇌CH 4(g)+2H 2O(g),反应过程中始终保持n(CO 2):n(H 2)=1:4,不可能达到n(CO 2):n(H 2)=1:2,也无法判断反应是否达到平衡,故D 错误;
故选:bc ;
(3)某反应的平衡常数表达式K=22c(CO)c(H )c(H O)
,则该反应为:C(s)+H 2O(g)=CO(g)+H 2(g),已知①C(s)+CO 2(g)
2CO(g) +akJ ;②CO(g)+H 2O(g)H 2(g)+CO 2(g) +bkJ ;由盖斯定律可知,①+②即可得到
C(s)+H 2O(g)=CO(g)+H 2(g),此反应的热化学方程式为:C(s)+H 2O(g)=CO(g)+H 2(g) +(a+b)kJ ;故答案为:C(s)+H 2O(g)=CO(g)+H 2(g) +(a+b)kJ ;
(4)a. 催化剂不改变反应进程,不能提高CO 2的平衡转化率,不选;
b. CO 2(g)+3H 2(g)CH 3OH(g)+H 2O(g)是气体体积减小的反应,加压平衡正向移动,可以提高CO 2的平衡转化率,可选;
c. 增大初始投料比22n(CO )n(H )
,相当于提高原料气中CO 2所占比例,平衡正向移动,但二氧化碳转化率减小,不选;
故选b ;
某温度下该反应的K=450,向该温度下2L 的容器内分别投入0.2molH 2、0.6molCO 2、
0.4molCH 3OH 和0.4molH 2O ,则Q c =30.4mol 0.4mol 2L 2L 0.2mol 0.6mol 2L 2L ⨯⎛⎫⨯ ⎪⎝⎭
=4003<K ,则反应向正方向进行;故答案为:b ;正;
(4)温度升高,主反应、副反应的反应速率均加快,但对副反应的反应速率的影响更大 所以升高温度,CO 2的实际转化率提高而甲醇的选择性降低,故答案为:温度升高,主反应、副反应的反应速率均加快,但对副反应的反应速率的影响更大。
4.研究碳氧化合物、氮氧化物、硫氧化合物等大气污染物的处理方法对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
(1)已知:①C (s )+O 2(g )
CO 2(g ) ΔH =-393.5 kJ /mol ②N 2(g )+O 2(g )
2NO (g ) ΔH =+180 kJ /mol 则③C (s )+2NO (g )CO 2(g )+N 2(g )的ΔH =_______ kJ /mol 。
(2)用焦炭还原NO 2的反应为2C (s )+2NO 2(g )
N 2(g )+2CO 2(g ),向两个容积均为2 L ,反应温度分别为T 1℃、 T 2℃的恒温恒容密闭容器中分别加入足量的焦炭和一定量的
NO2,测得各容器中n(NO2)随反应时间t的变化情况如下图所示:
①T1___T2(填“>”或“<”),该反应为____反应。
(填“放热”或“吸热”)
②在T2℃下,120min时达到平衡,则此段时间内用N2表示的平均反应速率
v(N2)=________mol•L-1•min-1。
达到平衡时NO2的转化率为________。
此温度下的化学平衡常数K=_____。
③一定条件下,达到平衡后,下列措施能提高NO2的转化率的是___________。
A.升高体系温度B.减小体系压强
C.增加C的用量D.将CO2从体系中分离出去
④T2℃时,反应达到平衡,120min时,向容器中再加入焦炭和NO2各1mol,在t时刻再次达到平衡,化学平衡常数K___________。
(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)工业上消除氮氧化物的常用方法是SCR(选择性催化还原)脱硝法,反应原理为:
4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) ΔH<0。
当反应温度过高时,会发生以下副反应:2NH3(g)+2O2(g)N2O(g)+3H2O(g)、
4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)。
某科研小组通过系列实验,分析得出脱硝率与温度的关系如下图所示,当温度高于405℃后,脱硝率会逐渐减小,原因是_____________________________________。
答案:-573.5>放热0.002560%0.675BD不变温度过高时,发生副反应【详解】
(1)已知:①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol
②N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180kJ/mol
根据盖斯定律计算①-②得到C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)的ΔH=-573.5kJ/mol;
(2)①图象分析可知,先拐先平温度高,T 1>T 2,温度越高二氧化氮物质的量越大,说明温度越高平衡逆向进行,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应;
②在T 2℃下,120 min 时达到平衡,则此段时间内二氧化氮的变化量为,2.00mol -0.80mol =1.20mol ,根据方程式可知生成氮气是0.60mol ,则用N 2表示的平均反应速率v (N 2)=0.602120min
mol L ⨯=0.0025mol /(L •min );达到平衡时NO 2的转化率为1.202.00mol mol
×100%=60%;此温度下反应达到平衡状态,二氧化氮物质的量为0.8mol ,则 222
2C +2NO N +2CO (/)
100 (/)
0.60.30.6(/)0.40.30.6
mol L mol L mol L 起始浓度转化浓度平衡浓度 平衡常数K =2
20.30.60.4
⨯=0.675; ③A .正方应放热,升高体系温度,平衡逆向进行,转化率降低;
B .正反应体积增大,减小体系压强,平衡正向进行,转化率升高;
C .碳是固体,增加C 的用量,平衡不移动,转化率不变;
D .将CO 2从体系中分离出去,降低生成物浓度,平衡正向进行,转化率升高; 答案选BD ;
④平衡常数只与温度有关系,T 2℃时,反应达到平衡,120 min 时,向容器中再加入焦炭和NO 2各1 mol ,温度不变,化学平衡常数K 不变;
(3)根据题目所给的信息可知,当温度过高时,NH 3会与氧气发生副反应生成N 2O 、NO ,导致脱销率会逐渐减小。
5.体积为a 升密闭容器中充入等物质的量的A 气体和B 气体,一定温度下发生反应, 生成C 气体,达到平衡后,在不同的时间段,分别改变反应的一个条件,测得容器中各物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示:回答下列问题
(1)反应的化学方程式为_____________________。
(2)54 min 时A 的转化率_____30 min 时A 的转化率(填< > 或 =)
(3)40 min 时改变的条件是__________________。
(4)25min 时化学平衡常数K=_____
(5)我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁用到CO,高炉内可能发生的反应:
①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ/mol
②C(s)+ CO2(g) =2CO(g) △H2=+172.5 kJ/mol
C(s)不充分燃烧生成CO(g)的热化学方程式为________________。
答案:X(g)+Y(g)2Z(g)<升高温度 4.02C(s)+ O2(g) =2CO(g) △H=-221kJ/mol
【详解】
(1)由左边图可知A、B、C的化学计量数之比=(2.0-1.0):(2.0-1.0):(2.0-0)
=1:1:2,反应在20min第一次平衡,则反应的化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),故答案为:X(g)+Y(g)2Z(g);
(2)由右图可知30min时改变条件后,平衡未移动,直至40min,即0min~40min,平衡未移动,40min~54min,正反应速率小于逆反应速率,说明平衡逆向移动,A的转化率减小,则54 min 时A的转化率<30 min 时A的转化率,故答案为:<;
(3)40min~54min,A、B的浓度增大,C的浓度减小,则40min~54min平衡逆向移动,且40min改变条件时,A、B、C的浓度分别和40min前连续,则改变的条件为温度或压强,由于该反应前后气体总物质的量不变,改变压强平衡不会移动,则改变的条件为温度,40min时正逆反应速率增大,说明是升高温度,故答案为:升高温度;
(4)由左图可知,25min时A、B、C的浓度分别为1.0mol·L-1、1.0mol·L-1、2.0mol·L-1,则
25min时化学平衡常数K=
-1
-11
2
-
(2.0mol L
1.0mol L.0mol
)
L
1
⋅⨯
⋅
⋅
=4.0,故答案为:4.0;
(5)①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ/mol
②C(s)+ CO2(g) =2CO(g) △H2=+172.5 kJ/mol
①+②得:2C(s)+ O2(g) =2CO(g) △H=(-393.5kJ/mol)+(+172.5 kJ/mol)=-221kJ/mol,故答案为:2C(s)+ O2(g) =2CO(g) △H=-221kJ/mol。
6.(1)25 ℃时,制备亚硝酰氯所涉及的热化学方程式和平衡常数如表:
(g)+NaCl(s)NaNO
(g)+2NaCl(s)2NaNO
2NOCl(g) ΔH
25℃时,在体积为2L的恒容密闭容器中通入0.08 mol NO和0.04 molCl2发生上述反应③,若反应开始与结束时温度相同,数字压强仪显示反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图Ⅰ实线所示,则ΔH3 ___(填“>”“<”或“=”)0;若其他条件相同,仅改变某一条件,测得其压强随时间的变化如图Ⅰ虚线所示,则改变的条件是_________;在5 min时,再充入0.08 mol NO和0.04 molCl2,则混合气体的平均相对分子质量将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
图Ⅱ是甲、乙两同学描绘上述反应③的平衡常数的对数值(lgK)与温度的变化关系图,其中正确的曲线是______(填“甲”或“乙”),a值为_______。
25℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl2(g)、NOCl(g)的浓度分别为0.8、0.1、0.3,则此时υ正_________υ逆(填
“>”“<”或“=”)
(2)在300℃、8MPa 下,将CO 2和H 2按物质的量之比1∶3 通入一密闭容器中发生CO 2(g)+3H 2(g)CH 3OH(g)+H 2O(g)中反应,达到平衡时,测得CO 2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数为K p =_____(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
答案:< 加入催化剂 增大 乙 2 >
148
(MPa)-2 【详解】
(1)根据图中信息和反应是体积减小的反应,压强在过程中先变大后变小,说明反应是放热反应即ΔH 3<0,放出热量使得压强增大,后来温度和原来温度相同,压强比原来小;根据图中信息,反应所需时间缩短,平衡压强不变,说明平衡没有移动,即改变的条件是加催化剂;在5 min 时,再充入0.08 mol NO 和0.04 molCl 2,可以理解为在另一个相同容器中先达到平衡,再将两个容器压到原来容器中,加压,平衡正向移动,物质的量减小,则混合气体的平均相对分子质量将增大。
该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,lgK 减小,正确的曲线是乙,2+0.08mol 0.04mol 0
2bmol bmol 2bmol
(0.082b)mol (0.04b)mol 2NO(g)
C 2b l (g)
2NOCl(g)mol
--开始转化平衡,根据压强之比等于物质的量之比即1160.120.12b 5p p =-,解得b=0.02,220.04()21000.040.02()22
K ==⨯ ,lg K =lg100=2,即a 值为2。
25℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl 2(g)、NOCl(g)的浓度分别为0.8、0.1、0.3,
2
2(0.3)(0.8)0.1
Q K =<⨯,则此时υ正>υ逆;故答案为:<;加入催化剂;增大;乙;2;>。
(2)假设CO 2和H 2物质的量分别为1mol 和3mol ,达到平衡时,测得CO 2的平衡转化率为
50%,2232++1mol 3mol 0
00.5mol 1.5mol 0.5mol
0.5mol 0.5mol 1.5mol 0.5mol CO (g)3H (g)
CH OH(g)H O(g)0.5mol 开始转化平衡,则该反应条件下的平衡常数为
32MPa MPa MPa MPa 0.50.5881330.5 1.5488(8)3MPa 3
p K -⨯
⨯⨯=
=⨯⨯⨯;故答案为:2148MPa -。
7.(1)顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化:
该反应的速率方程可表示为()()()v =k c 正正顺和()()()v =k c 逆逆反,k (正)和k (逆)在一定温度时为常数,分别称作正、逆反应速率常数。
已知:1t 温度下-1
()k =0.006s 正,-1
()k =0.002s 逆,该温度下反应的平衡常数值1K =__________;该反应的活化能a E (正)小于a E (逆),则
ΔH __________(填“小于”“等于”或“大于”)0。
(2)一定量的2CO 与足量的C 在恒压密闭容器中发生反应:
2C(s)CO (g)2CO(g)+1ΔH=+173kJ mol -⋅,若压强为p kPa ,平衡时体系中气体体
积分数与温度的关系如图所示,回答下列问题:
①650℃时2CO 的平衡转化率为__________。
②1t ℃时平衡常数P =K __________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数);该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO 和2CO 气体,则平衡__________(填“正向”“逆向”或“不”)移动,原因是__________。
答案:小于 25% 0.5p 不 Q p =K p 【详解】
(1)当反应达到平衡时,()v 正=()v 逆,即()()k c 正顺=()()k c 逆反,则
()()()
1)
(k =c k c =
K 正反逆顺=-1
-1
0.006s 0.002s
=3;该反应的活化能a E (正)小于a E (逆),说明反应物的总能量大于生成物的总能量,则反应放热,则ΔH 小于0;
(2)①由图可知,650℃时,反应达平衡后CO 的体积分数为40%,设开始加入的二氧化碳为1mol ,转化了xmol ,列三段式:
()()()2(mol)10(mol C s +CO g 2CO g )x 2x (mol)
1-x
2x
始变平
所以
2x
1-x+2x ×100%=40%,解得x=0.25mol ,则CO 2的转化率为:0.251
×100%=25%;
②恒压密闭容器中,压强为p kPa ,由图可知,t 1℃时,反应达平衡后CO 和CO 2的体积分
数都为50%,分压=总压×物质的量分数,t 1℃时平衡K p =2
p 2p 2
⎛⎫
⎪
⎝⎭=0.5pkPa ;由图可知,t 1℃
时,反应达平衡后CO 和CO 2的体积分数都为50%为平衡状态,该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO 和CO 2气体,Q p =K p ,则平衡不移动。
8.(1)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO 会破坏臭氧层。
科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO 和CO 转化成CO 2和N 2,化学方程式如下:2NO(g)+2CO(g)2CO 2(g)+N 2(g)。
反应能够自发进行,则反应的ΔH ___0(填“>”“<”或
“=”)。
(2)已知:反应Fe(s)+CO 2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K 1;反应
Fe(s)+H 2O(g)
FeO(s)+H 2(g)的平衡常数为K 2。
不同温度时K 1、K 2的值如下表:
2223①平衡常数的表达式K 1=___;
②温度为973K 时:K 3=____;(结果保留小数点后2位) ③反应CO 2(g)+H 2(g)
CO(g)+H 2O(g)是____(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)已知在温度为T 时,CO(g)+H 2O(g)
CO 2(g)+H 2(g)的平衡常数K =0.32,在该温度下,
已知c 始(CO)=1mol·
L -1,c 始(H 2O)=1mol·L -1,某时刻经测定CO 的转化率为10%,则该反应____(填“已经”或“没有”)达到平衡____(通过计算比较Qc 和K 大小说明);此时刻v 正____(填“>”或“<”)v 逆。
答案:<
2[CO]
[CO ] 0.62 吸热 没有 此时Q c =
222c(CO )c(H )c(CO)c(H O)=0.10.10.90.9
⨯⨯≈0.0123<0.32=K > 【详解】 (1)2NO(g)+2CO(g)
2CO 2(g)+N 2(g)反应的△S<0,反应自发进行△H-T △S<0,则反应焓变
一定小于0,△H<0,反应是放热反应,答案:<;
(2)①反应Fe(s)+CO 2(g)FeO(s)+CO(g)中Fe 和FeO 为固体,所以该反应的平衡常数
K 1=2[CO][CO ],答案:2[CO][CO ]
;
②现有反应I :Fe(s)+CO 2(g)FeO(s)+CO(g)K 1
反应II :Fe(s)+H 2O(g)
FeO(s)+H 2(g)K 2
根据盖斯定律,方程式I-II 得到CO 2(g)+H 2(g)
CO(g)+H 2O(g)K 3,则
K 3=()()()()222c CO c H O c CO c H =()()2c CO c CO ·()()22
1c H c H O =12
K K ,温度为973K 时,由表中提供数据,
K 3=
1.47
2.38
=0.62,答案:0.62; ③由表中数据可知,温度为973K 时K 3=2.15
1.67
=1.29,反应CO 2(g)+H 2(g)CO(g)+H 2O(g)
随温度升高,平衡常数增大,说明平衡向正方反应方向移动,则正反应是吸热反应,答案:吸热;
(3)在温度为T 时,CO(g)+H 2O(g)
CO 2(g)+H 2(g)的平衡常数K =0.32,在该温度下,已知
c 始(CO)=1mol·L -1,c 始(H 2O)=1mol·L -1,某时刻经测定CO 的转化率为10%,列三段式:
()()
()()()()()
222CO g +H O g CO g +H g mol/L 1100mol/L 0.10.10.10.1mol/L 0.9
0.9
0.1
0.1
起始转化某时刻
则Q c=
0.10.1
0.90.9
⨯⨯≈0.0123<0.32=K ,说明没有达到平衡状态,反应向正反应方向移动,v 正
>v 逆,答案:没有;此时Q c =
222c(CO )c(H )c(CO)c(H O)=0.10.1
0.90.9
⨯⨯≈0.0123<0.32=K ;>。
9.甲烷是重要的气体燃料和化工原料。
回答下列问题:
(1)已知 CH 4、CO 、H 2的燃烧热分别为-890.3 kJ/ mol ,-283.0 kJ/mol ,-285.8 kJ/ mol 。
利用甲烷制合成气的反应为CH 4(g)+H 2O(g)
CO(g)+3H 2(g) △H 。
根据上述数据能否计算△H ________(填“能”或“否"),理由是_________ (2)在某密闭容器中通入 2mol CH 4和2mol H 2O(g)。
在不同条件下发生反应:CH 4(g)+H 2O(g)CO(g)+3H 2(g),测得平衡时CH 4的体积分数与温度、压强的关系如图
所示。
①△H _____(填"<"、">""或"=") 0,P 1_____P 2,理由是_______________ ②m 、n 、q 三点的化学平衡常数大小关系为________________ ③q 点甲烷的转化率为______________________
答案:否 缺少H 2O(1)= H 2O(g) > > 该反应是气体体积增大的反应,减小压强平衡向体积增大的方向移动,CH 4的体积分数将减小,所以P 1>P 2 K m <K n <K q 25% 【详解】
(1)①已知 CH 4、CO 、H 2的燃烧热分别为-890.3 kJ/mol ,-283.0 kJ/mol ,-285.8 kJ/mol ,得到热化学方程式:I.CH 4(g)+2O 2(g)=CO 2(g)+2H 2O(l) △H=-890.3 kJ/mol ,Ⅱ.CO(g)+12
O 2(g)=CO 2(g) △H=-283.0 kJ/mol ,Ⅲ.H 2(g)+
1
2
O 2(g)=H 2O(l) △H=-285.8 kJ/mol ,缺少H 2O(1)= H 2O(g)的热化学方程式,无法计算CH 4(g)+H 2O(g)CO(g)+3H 2(g)的△H ,故
答案为:否;缺少H 2O(1)= H 2O(g);
(2)①由图可知,升高温度甲烷的体积分数减小,平衡正向移动,则该反应是吸热反应,△H>0;该反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,甲烷的体积分数增大,则P 1> P 2,故答案为:>;>;该反应是气体体积增大的反应,减小压强平衡向体积增大的方向移动,CH 4的体积分数将减小,所以P 1>P 2;
②平衡常数只受温度影响,T m <T n <T p ,该反应是吸热反应,温度越高平衡常数越大,则K m <K n <K q ,故答案为:K m <K n <K q ;
③若q 点对应的纵坐标为30,说明甲烷的体积分数为30%,
()()()()()()
()422CH g +H O g CO g +3H g mol 220
0mol x
x
x 3x mol 2-x 2-x
x 3x
起始转化平衡
2-x 4+2x
=30%,解得x=0.5mol ,此时甲烷的转化率=0.5mol
2mol ×100%=25%,故答案为:
25%。
10.(1)反应的分类研究:从能量变化角度分,将反应分为放热反应和吸热反应。
下列反应中能量变化符合图中所示的是__________(填序号)
A .铁片与稀盐酸反应
B .灼热的碳与CO 2反应
C .Ba(OH)2·8H 2O 与NH 4Cl 反应
D .甲烷在氧气中的燃烧反应
(2)在一定条件下,N 2和H 2完全反应生成1molNH 3放热46.0kJ 热量。
写出氢气和氮气反应生成氨的热化学方程式__________
(3)氢气在工业合成中应用广泛,通过下列反应可以制备甲醇 ⅰ.CO(g)+2H 2(g)=CH 3OH(g) ∆H=-90.8kJ·mol -1 ⅱ.CO 2(g)+H 2(g)=CO(g)+H 2O(g) ∆H=+41.3kJ·mol -1
①请写出由CO 2和H 2制取甲醇的热化学方程式:________。
②根据以上信息判断CO 2与H 2制取甲醇的反应在_________(填“高温”或“低温”)条件下可自发进行。
③当温度为850℃,反应ⅱ的化学平衡常数K=1.0,某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见表: CO H 2O CO 2 H 2 0.5 mol
8.5 mol
2.0 mol
2.0 mol
说明理由______。
A .v(正)>v(逆)
B .v(正)<v(逆)
C .v(正)=v(逆)
D .无法判断 答案:BC ()()
()
-1223N g +3H g 2NH g ΔH=-92kJ mol ⋅
()()()()
-12232CO g +3H g CH OH g +H O g ΔH=-49.5kJ mol ⋅ 低温 B
0.58.5v v Q==1.0625>1=K 2.0 2.0v v ⨯⨯所以平衡逆向移动,v <v 正逆 【详解】
(1)根据图示可知,生成物的总能量大于反应物的总能量,故对应的反应为吸热反应: A .铁片与稀盐酸反应是放热反应,A 不选;
B .灼热的碳与CO 2反应生成CO ,是吸热反应,B 选;
C .Ba(OH)2·8H 2O 与NH 4Cl 反应是吸热反应,C 选;
D .甲烷在氧气中的燃烧反应是放热反应,D 不选; 综上所诉,答案为BC ;
(2)在一定条件下,N 2和H 2完全反应生成1molNH 3放热46.0kJ 热量,则氢气和氮气反应生成氨是吸热反应,可写出热化学方程式为:
()()()
-1223N g +3H g 2NH g ΔH=-92kJ mol ⋅;
(3)①由盖斯定律可知,由反应ⅰ+反应ⅱ可得:CO 2和H 2制取甲醇的热化学方程式:
()()
()()
-12232CO g +3H g CH OH g +H O g ΔH=-49.5kJ mol ⋅;
②根据以上信息判断CO 2与H 2制取甲醇是放热、熵减反应,有ΔH<0ΔS<0,,由吉布斯自由能可知:ΔG=ΔH-T ΔS<0的反应可自发进行,故该反应在低温条件下可自发进行; ③当温度为850℃,反应ⅱ的化学平衡常数K=1.0,根据表格信息可知,在该时刻下,该
反应的平衡常数为:0.58.5v v Q==1.0625>1=K 2.0 2.0v v
⨯⨯,所以平衡逆向移动,故v <v 正逆
;答
案选B 。
11.氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。
以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。
其反应过程如图所示:
(1)反应Ⅰ的化学方程式是___。
(2)已知反应Ⅱ:2H 2SO 4(l)=2SO 2(g)+O 2(g)+2H 2O(g) △H =+550kJ·
mol -1 它由两步反应组成:i .H 2SO 4(l)=SO 3(g)+H 2O(g) △H =+177kJ·mol -1;ii .SO 3(g)分解。
则SO 3(g)分解的热化学方程式为___。
(3)L (L 1、L 2)、X 可分别代表压强或温度其中之一。
如图表示L 一定时,ii 中SO 3(g)的质量分数随X 的变化关系。
①X 代表的物理量是___。
②判断L 1、L 2的大小关系:L 1___L 2(填“>”“<”或“=”)。
答案:SO 2+2H 2O+I 2=H 2SO 4+2HI 2SO 3(g)2SO 2(g)+O 2(g) △H =+196kJ•mol -1 温度
<
解析:根据题中图示,由反应物和生成物结合守恒,写出化学反应方程式;根据题中信息,由盖斯定律计算,写出热化学方程式;根据2SO 3(g)
2SO 2(g)+O 2 (g)△H ═+196kJ ⋅mol −1反应,由题中图示分析,隨着X 增大,SO 3的质量
分数下降,判断X是温度,在温度一定时,L2的SO3的质量分数大,判断L1和L2的关系;据此解答。
【详解】
(1) 由图可知,反应I为二氧化硫、水与碘发生氧化还原反应生成硫酸和HI,该反应化学方程式为SO2+2H2O+I2=H2SO4+2HI;答案为SO2+2H2O+I2=H2SO4+2HI。
(2) SO3(g)分解的化学方程式为2SO3(g)2SO2(g)+O2(g),
①2H2SO4(l)═2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)△H=+550kJ⋅mol−1,
②H2SO4(l)═SO3(g)+H2O(g)△H=+177kJ⋅mol−1,根据盖斯定律①−②×2得到反应
2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)的△H=(+550kJ⋅mol−1)−2(+177kJ⋅mol−1)=+196 kJ⋅mol−1,即
2SO3(g) 2SO2(g)+O2 (g)△H═+196kJ⋅mol−1;答案为2SO3(g)
2SO2(g)+O2 (g)△H═+196kJ⋅mol−1。
(3) ①由图可知,X越大,SO3质量分数越低,SO3(g)分解是吸热反应,所以升高温度平衡向正反应方向移动,即SO3质量分数降低,则X表示温度,符合图像变化;答案为温度。
②由2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)△H═+196kJ⋅mol−1可知,SO3的分解反应为体积增大的反应,压强越大,平衡逆向移动,即SO3质量分数越大,图中温度相同时L2对应的SO3质量分数大,即压强大,则压强L1<L2;答案为<。
12.高炉炼铁是冶铁的主要方法,发生的主要反应为Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=akJ·mol-1。
(1)已知:①Fe2O3(s)+3C(石墨,s)=2Fe(s)+3CO(g)ΔH1=+489.0kJ·mol-1
②C(石墨,s)+CO2(g)=2CO(g)ΔH2=+172.5kJ·mol-1
则a=__。
(2)冶炼铁的反应的平衡常数表达式为K=__,温度升高后,K值__(填“增大”、“不变”或“减小”)。
(3)在T℃时,该反应的平衡常数K=64,在2L恒容密闭容器甲和乙中,分别按表所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡。
②下列说法正确的是__(填字母)。
a.若容器内气体密度恒定,表示反应达到平衡状态
b.若容器内气体压强恒定时,标志反应达到平衡状态
c.甲、乙容器中,CO的平衡浓度之比为2∶3。