题目内容

I.在容积相同的两个容器A和B中,保持温度为423K,同时向A、B中分别加入amol、bmol HI (a>b),反应2HI?H2+I2(g)达到平衡后,两容器中各物质的反应速率VA
VB;平衡时c(I2B平衡时,I2蒸汽在混合气体中的体积百分含量:A容器
=
=
 B容器:HI的平衡分解率:aA
=
=
aB
Ⅱ.合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g);在一定温度下,向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H2,达到平衡时CO的转化率为90%,此时容器的压强为开始时的
0.55
0.55
倍.若保持同一反应温度将起始物质改为a mol CO、b mol H2、c molCH3OH,欲使平衡混合物中各组成与原平衡相同,则a、b满足的关系为关系为
2a+2.5=b
2a+2.5=b
,且欲使开始时可逆反应向逆反应方向进行,c的取值范围是
2.25<c<2.5
2.25<c<2.5
分析:I、在容积相同的两个容器A和B中,保持温度为423K,同时向A、B中分别加入amol、bmol HI (a>b),反应前后气体体积不变,为等效平衡,各组分的含量不变,HI的转化率相等,平衡时A中浓度都大于B中相应物质的浓度,浓度越大速率越大.
Ⅱ、根据CO的转化率求出参加反应的CO的物质的量,利用差量法算出平衡反应混合物的总的物质的量,压强之比等于物质的量之比;
各组成与原平衡相同说明为等效平衡,恒温恒容,前后气体体积变化,按化学计量数转化到左边,满足对于物质的物质的量相等即可.
计算出平衡时CH3OH(g)的物质的量,c大于此值平衡向逆反应进行.按化学计量数转化到左边,得到2.5mol CO时c的值最大.
解答:解:I.在容积相同的两个容器A和B中,保持温度为423K,同时向A、B中分别加入amol、bmol HI (a>b),等效为a在b的基础上开始增大合适压强,反应前后气体体积不变,平衡时对应各组分的含量相同,HI的转化率相等.由于a>b,HI的转化率相等.平衡时A中浓度都大于B中相应物质的浓度,浓度越大速率越大,所以两容器中各物质的反应速率VA>VB.
故答案为:>;=;=
Ⅱ.开始反应混合气体的总的物质的量为2.5mol+7.5mol=10mol,
平衡时CO的转化率为90%,所以参加反应CO的物质的量为2.5mol×90%=2.25mol.
对于反应     CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);物质的量减少△n
             1mol                                     2mol
             2.25mol                                  4.5mol
所以平衡后反应混合气体的总的物质的量为2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol
压强之比等于物质的量之比,所以此时容器的压强为开始时的倍数为
5.5mol
10mol
=0.55.
各组成与原平衡相同说明为等效平衡,恒温恒容,前后气体体积变化,按化学计量数转化到左边,满足对于物质的物质的量相等即可.所以有
a+c=2.5
b+2c=7.5
,解得2a+2.5=b.
对于反应     CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);
开始(mol):2.5     7.5               0
变化(mol):2.25    4.5               2.25 
平衡(mol):0.25    3                 2.25
平衡时CH3OH的物质的量为2.25mol,所以c>2,25mol平衡向逆反应进行.按化学计量数转化到左边,得到2.5mol CO时c的值最大.所以c最大为2.5mol.所以2.25<c<2.5.
故答案为:0.55;2a+2.5=b;2.25<c<2.5.
点评:考查平衡计算、等效平衡等,难度较大,注意等效思想的运用以及运用极限方法确定c的取值范围.
练习册系列答案
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甲醇汽油是由10%一25%的甲醇与其他化工原料、添加剂合成的新型车用燃料,可达到国标汽油的性能和指标.甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景.
I、工业上合成甲醇一般采用下列反应:CO(g)+2H2(g) CH3 OH(g)△H=a kJ/mol,
下表是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K):
温度/℃ 250 310 350
K 2.041 0.250 0.012
(1)由表中数据判断△Ha
 
0(填“>”、“=”或“<”).
(2)某温度下,将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得c(CO)=0.5mol?L-1,则此时的温度为
 
℃.
(3)在容积固定的密闭容器中发生上述反应,各物质的浓度如下表:
        浓度mol/L
时间/min
c(CO) c(H2 c(CH3OH)
0 0.8 1.6 0
2 0.6 1.2 0.2
4 0.3 0.6 0.5
6 0.3 0.6 0.5
①反应从2min到4min之间,H2的反应速率为
 

②反应达到平衡时CO的转化率为
 

③反应在第2min时改变了反应条件,改变的条件可能是
 
(填序号).
A.使用催化剂    B.降低温度    C.增加H2的浓度
(4)向容积相同、温度分别为T1和T2的两个密闭容器中均充入1molCO和2mol H2,发生反应CO(g)+2H2(g)CH3 OH(g)△H=akJ/mol.恒温恒容下反应相同时间后,分别测得体系中CO的百分含量分别为w1和w2;已知T1<T2,则w1
 
w2(填序号).
A.大于     B.小于     C.等于     D.以上都有可能
Ⅱ、甲醇在化学电源方面也有着重要应用.写出以甲醇为燃料,氢氧化钠溶液为电解质溶液的原电池中负极的电极反应式:
 

(15分)氨气是一种重要的化工原料,大量用于制造尿素、纯碱、铵态氮肥以及硝酸,在有机合成工业中制合成纤维、塑料、染料等。请回答下列问题:
(1)氨气是工业制备硝酸的重要原料,已知下列三个热化学方程式:
① N2 (g)+ 3H2 (g)2NH3 (g) △H1
② 4NH3(g) +5O2 (g)= 4NO(g) +6H2O(l)  △H2
③ N2 (g)+ O2 (g)= 2NO (g) △H
能否应用△H1和△H2表示△H
若能用△H1和△H2表示△H,则写出△H=                        ;若不能,说明理由:
                                  
(2)在相同的温度下,容积相等的两个恒容密闭容器(编号分别为a和b)中,一定量的氮气和氢气发生下列可逆反应:
N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g) △H=-92.4 kJ/mol
实验测得反应起始时各物质的物质的量及平衡时放出的热量如下表:

容器编号
起始时各物质物质的量/mol
平衡时反应
N2
H2
NH3
a
1
3
0
23.1
b
2
6
0
未知(用E表示)
下列说法正确的是         (填序号)
①反应a和反应b的氢气转化率相同
②利用已知数据可以计算反应b的平衡常数
③利用已知数据可以计算反应b放出的能量E
④平衡时a、b两个反应的氨气体积分数为1:1
(3)温度为400℃、压强为30Mpa的情况下,密闭容器中发生氢气与氮气的合成氨反应:N2(g)+3H2(g)  2NH3(g)  △H<0 。
氨气的物质的量[n(NH3)]和氢气的物质的量[n(H2)]随时间变化的关系如下图:

正反应速率最大的点是       (选填a、b、c、d中的一个或几个),氮气的物质的量[n(N2)]相等的两点是       (选填a、b、c、d中的两个);保持其他条件不变,将温度改为600℃,在上图中画出反应达到平衡的过程中氨气的变化曲线。
(4)工业合成氨用煤制备原料气氢气时,往往排放大量的二氧化碳。实际工业生成中可利用二氧化碳联合生产二甲醚(CH3OCH3),一定条件下,在容积固定的密闭设备中发生反应:
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)  △H<0
两个密闭恒容容器中在温度均为T且保持不变的情况下进行上述反应,一段时间后测得两个容器中有关数据及正逆反应速率关系如下表:
容器
c(CO2)
/mol·L1
c(H2)
/mol·L1
c(CH3OCH3)
/mol·L1
c(H2O)
/mol·L1
v (正)和v (逆)比较
容器I
1.0×102
1.0×102
1.0×104
1.0×104
v (正)=v (逆)
容器II
2.0×102
1.0×102
1.0×104
2.0×104
 
容器I中的反应      (选填“是”或“否”)达到平衡状态,该反应在温度为T时的平衡常数K=         。表格内的空格处v(正)与v(逆)的大小关系是               

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① N2 (g)+ 3H2 (g) 2NH3 (g)  △H1

② 4NH3(g) +5O2 (g)= 4NO(g) +6H2O(l)   △H2

③ N2 (g)+ O2 (g)= 2NO (g)  △H

能否应用△H1和△H2表示△H

若能用△H1和△H2表示△H,则写出△H=                         ;若不能,说明理由:

                                  

(2)在相同的温度下,容积相等的两个恒容密闭容器(编号分别为a和b)中,一定量的氮气和氢气发生下列可逆反应:

N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)  △H=-92.4 kJ/mol

实验测得反应起始时各物质的物质的量及平衡时放出的热量如下表:

容器编号

起始时各物质物质的量/mol

平衡时反应

N2

H2

NH3

a

1

3

0

23.1

b

2

6

0

未知(用E表示)

下列说法正确的是          (填序号)

① 反应a和反应b的氢气转化率相同

②利用已知数据可以计算反应b的平衡常数

③利用已知数据可以计算反应b放出的能量E

④平衡时a、b两个反应的氨气体积分数为1:1

(3)温度为400℃、压强为30Mpa的情况下,密闭容器中发生氢气与氮气的合成氨反应:N2(g)+3H2(g)  2NH3(g)   △H<0 。

氨气的物质的量[n(NH3)]和氢气的物质的量[n(H2)]随时间变化的关系如下图:

正反应速率最大的点是        (选填a、b、c、d中的一个或几个),氮气的物质的量[n(N2)]相等的两点是        (选填a、b、c、d中的两个);保持其他条件不变,将温度改为600℃,在上图中画出反应达到平衡的过程中氨气的变化曲线。

(4)工业合成氨用煤制备原料气氢气时,往往排放大量的二氧化碳。实际工业生成中可利用二氧化碳联合生产二甲醚(CH3OCH3),一定条件下,在容积固定的密闭设备中发生反应:

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)   △H<0

两个密闭恒容容器中在温度均为T且保持不变的情况下进行上述反应,一段时间后测得两个容器中有关数据及正逆反应速率关系如下表:

容器

c(CO2)

/mol·L1

c(H2)

/mol·L1

c(CH3OCH3)

/mol·L1

c(H2O)

/mol·L1

v (正)和v (逆)比较

容器I

1.0×102

1.0×102

1.0×104

1.0×104

v (正)=v (逆)

容器II

2.0×102

1.0×102

1.0×104

2.0×104

 

容器I中的反应       (选填“是”或“否”)达到平衡状态,该反应在温度为T时的平衡常数K=          。表格内的空格处v(正)与v(逆)的大小关系是               

 

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