题目内容
2.目前城市空气质量恶化原因之一是机动车尾气和燃煤产生的烟气,NO和CO均为汽车尾气的成分,这两种气体在催化转换器中发生如下反应:2NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g)△H=-akJ•mol-1(a>0)
在一定温度下,将2.0mol NO、2.4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中,反应过程中部分物质的浓度变化如图所示(计算结果保留三位有效数字):
(1)0~15minNO的平均速率v(NO)=0.0267mol/(L•min);CO的转化率为40.0%.
(2)15min后若将此时得到的CO2气体用含有0.8mol KOH溶液吸收,则电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是c(K+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)>c(H+).
(3)20min时,若改变某一反应条件,导致CO浓度增大,则改变的条件可能是ae(选填序号).
a.缩小容器体积 b.扩大容器体积 c.增加NO的量
d.降低温度 e.增加CO的量 f.使用催化剂
(4)若保持反应体系的温度不变,20min时再向容器中充入CO、CO2各0.4mol,化学平衡将向左移动(选填“向左”、“向右”或“不”),重新达到平衡后,该反应的化学平衡常数为0.139L/mol.
分析 (1)根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(N2),再利用速率之比等于化学计量数之比计算v(NO),再根据n=△c×V计算参加反应CO的物质的量,进而计算CO的转化率;
(2)15min到达平衡,△n(CO2)=△n(CO)=1.2mol-0.8mol=0.4mol,CO2与KOH物质的量之比为1:2,则反应生成K2CO3,溶液中碳酸根离子水解溶液呈碱性,溶液中氢氧根离子源于水的电离与碳酸根、碳酸氢根离子水解等;
(3)a.缩小容器体积,压强增大,平衡向正反应方向移动,移动结果不能消除CO浓度增大;
b.扩大容器体积,压强减小,平衡向逆反应方向移动,平衡时CO浓度减小;
c.增加NO的量,平衡正向移动;
d.降低温度,平衡向正反应方向移动;
e.增加CO的量,CO的浓度增大;
f.使用催化剂平衡不移动;
(4)温度不变,平衡常数不变,计算平衡时各组分的浓度,代入平衡常数K=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})×c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$,再计算此时浓度商Qc,与平衡常数相比,判断反应进行方向.
解答 解:(1)由图可知,15min N2的浓度变化量为0.2mol/L,速率之比等于化学计量数之比,则v(NO)=2v(N2)=2×$\frac{0.2mol/L}{15min}$=0.0267mol/(L•min),参加反应的CO为2L×(1.2-0.8)mol/L=0.8mol,故CO的转化率为$\frac{0.8mol}{2mol}$×100%=40.0%,
故答案为:0.0267mol/(L•min);40.0%;
(2)15min到达平衡,△n(CO2)=△n(CO)=1.2mol-0.8mol=0.4mol,CO2与KOH物质的量之比为1:2,则反应生成K2CO3,溶液中碳酸根离子水解溶液呈碱性,溶液中氢氧根离子源于水的电离与碳酸根、碳酸氢根离子水解,故溶液中c(K+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)>c(H+),
故答案为:c(K+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)>c(H+);
(3)a.缩小容器体积,压强增大,平衡向正反应方向移动,移动结果不能消除CO浓度增大,平衡时CO浓度增大,故a正确;
b.扩大容器体积,压强减小,平衡向逆反应方向移动,平衡时CO浓度减小,故b错误;
c.增加NO的量,平衡正向移动,CO浓度减小,故c错误;
d.降低温度,平衡向正反应方向移动,CO浓度减小,故d错误;
e.增加CO的量,CO的浓度增大,故e正确;
f.使用催化剂平衡不移动,CO浓度不变,故f错误,
故选:ae;
(4)平衡时氮气浓度变化量为0.2mol/L,NO的起始浓度为$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、CO的起始浓度为$\frac{2.4mol}{2L}$=1.2mol/L,则:
2NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g)
开始(mol/L):1 1.2 0 0
转化(mol/L):0.4 0.4 0.4 0.2
平衡(mol/L):0.6 0.8 0.4 0.2
故平衡常数K=$\frac{{c}^{2}(C{O}_{2})×c({N}_{2})}{{c}^{2}(NO)×{c}^{2}(CO)}$=$\frac{0.{4}^{2}×0.2}{0.{6}^{2}×0.{8}^{2}}$L/mol=$\frac{5}{36}$L/mol=0.139L/mol,
20min时再向容器中充入CO、CO2各0.4mol,此时浓度商Qc=$\frac{(0.4+\frac{0.4}{2})^{2}×0.2}{0.{6}^{2}×(0.8+\frac{0.4}{2})^{2}}$=0.2>K=0.139,故反应向逆反应进行,即向左移动,
温度不变,平衡常数不变,即重新达到平衡后,该反应的化学平衡常数为0.139L/mol,
故答案为:向左;0.139L/mol.
点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学反应速率的计算、平衡常数计算与应用、离子浓度大小比较等,是对学生综合能力的考查,需要学生具备扎实的基础与灵活应用能力,难度中等.
少量的溴和足量的乙醇制备1,2-二溴乙烷的装置如下图所示:有关数据列表如下:
乙醇 | 1,2-二溴乙烷 | 乙醚 | |
状态 | 无色液体 | 无色液体 | 无色液体 |
密度/g•cm-3 | 0.79 | 2.2 | 0.71 |
沸点/℃ | 78.5 | 132 | 34.6 |
熔点/℃ | 一l30 | 9 | -1l6 |
(1)反应原理是CH3CH2OH$→_{170℃}^{浓硫酸}$CH2=CH2↑+H2O;CH2=CH2+Br2→BrCH2CH2Br
(2)在装置C中应加入c,(填正确选项前的字母)其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体
a.水 b.浓硫酸 c.氢氧化钠溶液 d.饱和碳酸氢钠溶液
(3)判断该制各反应已经结束的最简单方法是溴的颜色完全褪去;
(4)若产物中有少量副产物乙醚.可用蒸馏的方法除去;
(5)反应过程中应用冷水冷却装置D,其主要目的是冷却可避免溴的大量挥发;但又不能过度冷却(如用冰水),其原因是产品1,2-二溴乙烷的熔点(凝固点)低,过度冷却会凝固而堵塞导管.
发生的反应如下:CH3CH2CH2CH2OH$→_{H_{2}SO_{4}△}^{Na_{2}Cr_{2}O_{7}}$CH3CH2CH2CHO
反应物和产物的相关数据列表如下:
沸点/℃ | 密度/(g•cm-3) | 水中溶解性 | |
正丁醇 | 117.2 | 0.810 9 | 微溶 |
正丁醛 | 75.7 | 0.801 7 | 微溶 |
将6.0g Na2Cr2O7放入100mL烧杯中,加30mL水溶解,再缓慢加入5mL浓硫酸,将所得溶液小心转移至B中,在A中加入4.0g正丁醇和几粒沸石,加热.当有蒸气出现时,开始滴加B中溶液.滴加过程中保持反应温度为90~95℃,在E中收集90℃以下的馏分.将馏出物倒入分液漏斗中,分去水层,有机层干燥后蒸馏,收集75~77℃馏分,产量2.0g.
回答下列问题:
(1)若加热后发现未加沸石,应采取的正确方法是冷却后补加.
(2)上述装置图中,D仪器的名称是直形冷凝管.
(3)将正丁醛粗产品置于分液漏斗中分水时,水在下(填“上”或“下”)层.
(4)分液漏斗使用前必须进行的操作是c(填正确答案标号).
A.润湿 B.干燥 C.检漏 D.标定.
温度 | 时间/min n/mol | 0 | 10 | 20 | 40 | 50 |
T1 | n(N2) | 0 | 0.20 | 0.35 | 0.40 | 0.40 |
T2 | n(N2) | 0 | 0.25 | … | 0.30 | 0.30 |
A. | T1温度下,CH4的平衡转化率为50% | |
B. | T1<T2 | |
C. | a<0 | |
D. | T2时反应的平衡常数大于T1时反应的平衡常数 |