题目内容
合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径,其研究来自正确的理论指导,合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如下:
温 度(℃) | 360 | 440 | 520 |
K值 | 0.036 | 0.010 | 0.0038 |
(1)①写出工业合成氨的化学方程式 。
②由上表数据可知该反应为放热反应,理由是 。
③理论上,为了增大平衡时H2的转化率,可采取的措施是 。(填序号)
a.增大压强 b.使用合适的催化剂
c.升高温度 d.及时分离出产物中的NH3
(2)原料气H2可通过反应 CH4(g)+H2O (g)CO(g)+3H2(g) 获取,已知该反应中,当初始混合气
中的 恒定时,温度、压强对平衡混合气CH4含量的影响如下图所示:
①图中,两条曲线表示压强的关系是:P1 P2(填“>”、“=”或“<”)。
②该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)原料气H2还可通过反应CO(g)+H2O(g)CO2 (g)+H2(g) 获取。
①T ℃时,向容积固定为5 L的容器中充入1 mol水蒸气和1 mol CO,反应达平衡后,测得CO的浓度
为0.08 mol·L-1,则平衡时CO的转化率为 ,该温度下反应的平衡常数K值为 。
②保持温度仍为T ℃,改变水蒸气和CO的初始物质的量之比,充入容器进行反应,下列描述能够说
明体系处于平衡状态的是 (填序号)。
a.容器内压强不随时间改变
b.混合气体的密度不随时间改变
c.单位时间内生成a mol CO2的同时消耗a mol H2
d.混合气中n (CO) : n (H2O) : n (CO2) : n (H2)=1 : 16 : 6 : 6
(1)①N2+3H2 2 NH3(2分)
② 随温度升高,反应的平衡常数K减小(2分) ③ a、d(2分)
(2)① <(1分) ②吸热(1分) (3)① 60 %(2分);或2.25(2分) ② c和d(2分)
解析试题分析:(1)①工业上合成氨的原料是氮气和氢气,在一定温度、压强和催化剂作用下生成氨气,反应的化学方程式为N2+3H2 2 NH3。
②根据表中数据可知,随着温度的升高,平衡常数K减小。这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,因此正方应是放热反应。
③根据方程式可知,该反应是体积减小的、放热的可逆反应。a、增大压强,平衡向正反应方向移动,氢气的转化率增大,a正确;b、催化剂只能改变反应速率,而不能改变平衡状态,因此使用合适的催化剂不能提高氢气的转化率,b不正确;c、正方应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动 ,氢气的转化率降低,c不正确;d、及时分离出产物中的NH3,降低生成物氨气的浓度,平衡向正反应方向移动,氢气的转化率增大,d正确,答案选ad。
(2)①根据反应 CH4(g)+H2O (g)CO(g)+3H2(g) 可知,该反应是体积增大的可逆反应,因此增大越强,平衡向逆反应方向移动,甲烷的含量增大。所以根据图像可知,在温度相同的条件下,p1表示的甲烷含量低,这说明越强是P1小于P2。
②根据图像可知,在越强相同的条件下,随着温度的升高,甲烷的含量降低。这说明升高温度平衡向正反应方向移动,因此该反应为吸热反应。
(3)① CO(g)+H2O(g)CO2 (g)+H2(g)
起始浓度(mol/L) 0.2 0.2 0 0
转化浓度(mol/L) 0.12 0.12 0.12 0.12
平衡浓度(mol/L) 0.08 0.08 0.12 0.12
所以平衡时CO的转化率=×100%=60%
化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以该温度下反应的平衡常数K===。
②在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态,据此可以判断。a、反应前后体积不变,因此越强始终是不变的,则容器内压强不随时间改变不能说明反应达到平衡状态,a不正确;b、密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,即密度始终是不变的,所以混合气体的密度不随时间改变不能说明反应达到平衡状态,b不正确;c、单位时间内生成a mol CO2的同时消耗a mol H2,由于单位时间内生成a mol CO2的同时还生成amol氢气,这说明正逆反应速率相等,可以说明达到平衡状态,c正确;d、由于反应前后体积不变,则可以用物质的量代替浓度,即如果混合气中n (CO) : n (H2O) : n (CO2) : n (H2)=1 : 16 : 6 : 6,则此时==,因此恰好是平衡状态,d正确,答案选cd。
考点:考查合成氨原理;外界条件对平衡状态的影响;反应速率和平衡常数的计算、平衡状态的判断以及图像分析与应用等
在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:
Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
t℃ | 1000 | 1150 | 1300 |
K | 64.0 | 50.7 | 42.9 |
请回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式K= 。
(2)该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是 (多选项,多选不得分)。
a.容器中压强不变 b.混合气体中 c(CO)不变
c.υ正(CO)=υ逆(CO2) d.c(CO2)=c(CO)
(4)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。求该时间范围内反应的平均反应速率
υ(CO)= ,CO的平衡转化率为: 。
在2L密闭容器内,800℃时反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
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:>,则该反应是 热反应。
(2)图中表示NO2的变化的曲线是 。用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v= 。
(3)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.容器内密度保持不变
(4)为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动是 。
a.及时分离除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
煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题。已知:
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)平衡常数随温度的变化如下表:
温度/℃ | 400 | 500 | 800 |
平衡常数K | 9.94 | 9 | 1 |
试回答下列问题
(1)上述正向反应是 反应 (填“放热”或“吸热”)
(2)要使上述反应的逆反应速率增大且平衡正反应方向移动,下列措施不可行的有
A、加入催化剂 B、增大CO的物质的量以提高体系的压强
C、降低温度 D、减小H2的浓度
(3)向某密闭容器中充入2molCO和4molH2O(g),发生反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),当反应达平衡时,CO的体积分数为X,若维持容器的体积和温度不变,起始物质按下列四种配比充入该容器中,达到平衡时CO的体积分数不等于X的有
A、1molCO(g)+4molH2O+2molCO2(g)+2molH2(g) B、2molCO(g)+2molH2O+2molCO2(g)+2molH2(g)
C、1molCO(g)+3molH2O+0.8molCO2(g)+0.8molH2(g) D、1molCO(g)+3molH2O+1molCO2(g)+1molH2(g)
(4)若反应在800℃时进行,设起始CO和H2O(g)共为5mol,水蒸气的体积分数为X;平衡时CO的转化率为y,则y随x变化的函数关系式为y=
(5)在VL密闭容器中通入10mol CO和10mol水蒸气,在T℃达到平衡,然后急速通过碱石灰,将所得混合气体燃烧,测得放出的热量为2845KJ(已知CO燃烧热为283KJ/mol,H2燃烧热为286KJ/mol),则T℃平衡常数K= ,T= K(0℃时T=273K)
在一定体积的密闭容器中,进行如下反应:A(g) B(g)+C(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示:
toC | 700 | 800 | 830 | 1000 | 1200 |
K | 0.6 | 0.9 | 1.0 | 1.7 | 2.6 |
回答下列问题:
(1)该反应化学平衡常数的表达式:K= 。
(2)在下图中用实线画出该反应的能量变化曲线,同时在此基础上用虚线画出加入催化剂后的能量变化曲线。
(3)一定温度和体积下,下列说法中能说明该反应达平衡状态的是 。
①容器内压强不变
②混合气体中c(C)不变
③混合气体的密度不变
④v(A)=v(B)
⑤化学平衡常数K不变
⑥混合气体平均式量不变
(4)反应时间(t)与容器内气体A的浓度数据见下表
时间t/min | 0 | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 20 |
C(A)/(mol·L-1) | 10.4 | 8.6 | 7.5 | 6.6 | 5.9 | 5.5 | 5.5 |
回答下列问题:
①2~4min内,B的平均速率为 。
②反应达平衡时,A的转化率为 。
③欲提高A韵平衡转化率,可以采取的措施有 。
如图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:
(1)已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为:,它所对应反应的化学方程式是
_________________________________。
(2)合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)+90.8kJ,t℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中开始只加入CO、H2,反应l0min后测得各组分的浓度如下:
物质 | H2 | CO | CH3OH |
浓度(mol/L) | 0.2 | 0.1 | 0.4 |
①该时间段内反应速率v(H2)=
②比较此时正、逆反应速率的大小:v正 v逆(填“>”、“<”或“=”)
③反应达到平衡后,保持其它条件不变,若只把容器的体积缩小一半,平衡向 (填“逆向”、“正向”或“不”)移动,平衡常数K (填“增大”、“减小” 或“不变”)。
(3)固氮是科学家致力研究的重要课题。自然界中存在天然的大气固氮过程:N2 (g) + O2 (g) →2NO (g) -180.8 kJ,工业合成氨则是人工固氮。分析两种固氮反应的平衡常数,下列结论正确的是 。
反应 | 大气固氮 | 工业固氮 | ||||
温度/℃ | 27 | 2000 | 25 | 350 | 400 | 450 |
K | 3.84×10-31 | 0.1 | 5×108 | 1.847 | 0.507 | 0.152 |
A.常温下,大气固氮很难进行,而工业固氮却能非常容易进行
B.模拟大气固氮应用于工业上的意义不大
C.工业固氮时温度越低,氮气与氢气反应越完全
D.K越大说明合成氨反应的速率越大