题目内容
汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体,对汽车加装尾气净化装置,可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。汽车尾气中CO与H2O(g)在一定条件下可以发生反应:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH<0。820 ℃时在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,起始时按照下表进行投料,达到平衡状态,K=1.0。
起始物质的量 | 甲 | 乙 | 丙 |
n(H2O)/mol | 0.10 | 0.20 | 0.20 |
n(CO)/mol | 0.10 | 0.10 | 0.20 |
(1)该反应的平衡常数表达式为 。
(2)平衡时,甲容器中CO的转化率是 。比较下列容器中CO的转化率:乙 甲;丙 甲(填“>”、“=”或“<”)。
(3)丙容器中,若要通过改变温度,使CO的平衡转化率增大,则温度需要降低才能达到,则降温后的平衡常数K (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(1)K= (2)50% > = (3)增大
解析试题分析:(1)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,则根据CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)可知,该反应的平衡常数表达式为:K═。
(2)设甲容器中CO消耗的物质的量为x
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
初始量(mol)0.1 0.1 0 0
变化量(mol)x x x x
平衡量(mol)0.1-x 0.1-x x x
则K==1
解得x=0.5,所以甲容器中CO的转化率=×100%=50%;
根据投料情况知道,乙相当于在甲的基础上增加了水蒸气的投料,所以会使得一氧化碳的转化率增大,丙装置投料是甲装置的2倍,对于化学反应前后系数和不变的反应来说,建立的平衡是等效的,所以两种情况下,转化率是相等的。
③丙容器中,通过改变温度,使CO的平衡转化率增大,需要使化学平衡向着正向移动,由于该反应为放热反应,要增大一氧化碳的转化率,应该降低温度;由于平衡向着正向移动,反应物浓度减小,生成物浓度增大,则该反应的化学平衡常数增大。
考点:考查化学反应速率和化学平衡移动的影响因素以及有关化学平衡的转化率、平衡常数的计算等
(14分)科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道:在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(混有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(光照、N2压强1.0×105 Pa、反应时间3 h):
T/K | 303 | 313 | 323 | 353 |
NH3生成量/(10-6mol) | 4.8 | 5.9 | 6.0 | 2.0 |
请回答下列问题:
(1)请在方框内的坐标系中,画出反应(I)在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图,并进行必要标注。
(2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比,该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3日生成量的建议: 。
(3)写出工业上用H2和N2直接合成NH3的化学方程式 ,设在2.0 L的密闭容器中充入0.60mol N2(g)和1.60mol H2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总物质的量之比)为4/7。计算该条件下N2的平衡转化率为 ;反应的平衡常数K= (不要求写单位)。