题目内容
硫酸用途十分广泛,工业上合成硫酸时,将SO2转化为催化氧化是一个关键步骤。请回答下列问题:
(1)该反应在恒温恒容密闭容器中进行,判断其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)某温度下,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H=-196 kJ?mol-1。在一个固定容积为5 L的密闭容器中充入0.20 mol SO2和0.10 mol O2,半分钟后达到平衡,测得容器中含SO3为0.18 mol,则v(O2)= mol?L-1?min-1,放出的热量为 kJ。
(3)一定温度时,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。试分析工业生产中采用常压的原因是 。
(4)将一定量的SO2和0.7 molO2放入一定体积的密闭容器中,在550℃和催化剂作用下发生反应。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21.28 L;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5.6 L(以上气体体积均为标准状况下的体积)。则该反应达到平衡时SO2的转化率是多少?(要写出计算过程,计算结果保留一位小数。)
(1)bc
(2)0.036 17.64
(3)在常压下该反应转化率已很高,若再加压,对设备要求高,同时要消耗大量的能源,不经济。
(4)94.7%
解析试题分析:(1)“变量不变达平衡”,a。反应物和生成物的浓度不变时达平衡,而不是相等,错误;b。SO2百分含量是变量,不变时达到平衡,正确;c.反应是在恒容的容器中进行,反应前后气体的物质的量会发生变化,故容器中气体的压强是变量,正确; d.SO3的生成速率与SO2的消耗速率是同一个方向,一定相等,错误;e.容器体积固定,气体的质量固定,气体的密度是定量,错误;
(2)v(O2)=v (SO3)/2=0.18÷5÷0.5÷2=0.036mol?L-1?min-1,放出的热量为196÷2×0.18=17.64kJ;
(3)在常压下该反应转化率已很高,若再加压,对设备要求高,同时要消耗大量的能源,不经济。
(4)通过过量NaOH溶液,被吸收的为SO2和SO3,物质的量为21.28÷22.4=0.95mol;剩余氧气的量为5.6÷22.4=0.25mol,反应的氧气为0.7-0.25=0.45mol,生成SO3的量为0.45×2=0.9mol;故剩余SO2的量为0.95-0.9=0.05mol,其始量为0.95+0.05=1.00mol,转化率为0.95÷1.00=0.95
考点:考查化学平衡计算及分析的有关问题。
煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。
(1)将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气。反应为:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1一定温度下,在一个容积可变的密闭容器中,发生上述反应,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是 (填字母,下同)
A.容器中的压强不变
B.1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
C.v正(CO)=v逆(H2O)
D.c(CO)=c(H2)
(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2 L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实 验 组 | 温 度 /℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | ||
H2O | CO | H2 | CO | |||
1 | 650 | 2 | 4 | 1.6 | 2.4 | 5 |
2 | 900 | 1 | 2 | 0.4 | 1.6 | 3 |
3 | 900 | a | b | c | d | t |
①该反应的逆反应为 (填“吸”或“放”)热反应。
②若实验3要达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等),且t<3 min,则a、b应满足的关系是 (用含a、b的数学式表示)。
(3)目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g),如图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。在体积为1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2, 下列措施中能使 c(CH3OH)增大的是
A.升高温度
B.充入N2(g),使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离出来
D.再充入0.5 mol CO2和1.5 mol H2
700 ℃时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g);反应过程中测定的部分数据见下表(表中t2>t1),下列说法正确的是
反应时间/min | n(CO)/mol | n(H2O)/mol |
0 | 1.20 | 0.60 |
t1 | 0.80 | |
t2 | | 0.20 |
A.反应在t1min内的平均速率为v(H2)=mol·L-1·min-1
B.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.60 mol CO和1.20 mol H2O,达到平衡时n(CO2)=0.40 mol
C.保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20 mol H2O,与原平衡相比,达到新平衡时CO转化率增大,H2O的体积分数减小
D.温度升高至800 ℃,上述反应平衡常数为0.64,则正反应为吸热反应
由于温室效应和资源短缺等问题,如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用,引用了各界的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),该反应的能量变化如图所示:
(1)上述反应平衡常数K的表达式为 ,温度降低,平衡常数K (填“增大”、“不变”或“减小”)。
(2)在体积为2 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,测得CO2的物质的量随时间变化如下表所示。从反应开始到5 min末,用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H2)= 。
t/min | 0 | 2 | 5 | 10 | 15 |
n(CO2)/mol | 1 | 0.75 | 0.5 | 0.25 | 0.25 |
(3)下列条件能使上述反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是 (填写序号字母)
a.及时分离出CH3OH气体
b.适当升高温度
c.保持容器的容积不变,再充入1 mol CO2和3 mol H2
d.选择高效催化剂