题目内容
在某一容积为5 L的密闭容器内,加入 0.3 mol的CO和0.3 mol的H2O,在催化剂存在和800℃的条件下加热,发生如下反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH>0,反应中CO2的浓度随时间变化情况如图:
(1)根据图上数据,反应开始至达到平衡时,CO的化学反应速率为v(CO)= mol/(L·min)-1,该温度下的平衡常数K= 。
(2)在体积不变的条件下,改变下列条件重新达到平衡时能使平衡常数K增大的有 (填字母)
A升高温度;B降低温度;C增大压强;D减小压强;E加入催化剂;G移出一氧化碳气体
(3)如要一开始加入0.1 mol的CO、0.1 mol的H2O、0.2 mol的CO2和0.2 mol的H2,在相同的条件下,反应达平衡时,c(CO)= mol/L。
(4)若保持温度和容器的体积不变,在(1)中上述平衡体系中,再充入0.3mol 的水蒸气,重新达到平衡后,CO的转化率 (填“升高”、“降低”还是“不变”),CO2的质量分数 (填“升高”、“降低”还是“不变”)。
(5)在催化剂存在和800℃的条件下,在某一时刻测得c(CO)=c(H2O)=0.09mol/L,c(CO2)=c(H2)=0.13mol/L,则此反应是否处于平衡状态 (填“是”或“否”),若没有处于平衡状态则该反应向 移动。(填“正方向”或“逆方向”)
(1)0.003 1 (2)A (3)0.003 (4)升高 降低 (5)否 逆方向
解析试题分析:(1)根据图像可知,反应进行到10min是达到平衡状态。此时生成的CO2的物质的量浓度是0.03mol/L,则根据方程式可知消耗CO的浓度是0.03mol/L,因此CO的化学反应速率为v(CO)=0.03mol/L÷10min=0.003mol/(L·min)-1。根据方程式可知
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始浓度(mol/L) 0.06 0.06 0 0
转化浓度(mol/L) 0.03 0.03 0.03 0.03
平衡浓度(mol/L) 0.03 0.03 0.03 0.03
所以该温度下反应的平衡常数K==1
(2)平衡常数只与温度有关系,与平衡移动变为直接关系,因此选项CDEG中平衡常数均是不变的。正方应是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,平衡常数增大。反之降低温度平衡常数减小,因此答案选A。
(3) CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始浓度(mol/L) 0.02 0.02 0.04 0.04
转化浓度(mol/L) x x x x
平衡浓度(mol/L)0.02-x 0.02-x 0.04+x 0.04+x
则根据反应的平衡常数K==1可知
=1
解得x=-0.01
所以平衡时CO的浓度是0.03mol/L
(4)若保持温度和容器的体积不变,在(1)中上述平衡体系中,再充入0.3mol 的水蒸气,水蒸气的浓度增大,平衡向正反应方向移动。所以重新达到平衡后,CO的转化率升高,根据方程式可知
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始浓度(mol/L) 0.06 0.12 0 0
转化浓度(mol/L) x x x x
平衡浓度(mol/L) 0.06-x 0.12-x x x
则根据反应的平衡常数K==1可知
=1
解得x=0.04
所以CO2的质量分数=×100%=45.83%
而未加入之前CO2的质量分数=×100%=47.83%
所以CO2的质量分数减小
(5)在某一时刻测得c(CO)=c(H2O)=0.09mol/L,c(CO2)=c(H2)=0.13mol/L,则根据平衡常数表达式K=可知,此时>1,所以反应没有达到平衡状态,该反应向逆反应方向移动。
考点:考查反应速率、平衡常数的有关判断、计算和应用
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)+2 H2(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/0C | 250 | 310 | 350 |
K | 2.041 | 0.250 | 0.012 |
(1)由表中数据判断△H a 0(填“>”、“=”或“<”)。
(2)某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得c(CO)="0.5" mol·L-1,则此时的温度为 0C。
(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2 min到4 min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2 min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1 molCO和2 mol H2,发生反应CO(g)+2 H2(g) CH3 OH(g)△H="a" kJ/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: 。
工业制硫酸的过程中利用反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);△H<0,将SO2转化为SO3,尾气SO2可用NaOH溶液进行吸收。请回答下列问题:
(1)一定条件下,向一带活塞的密闭容器中充入2molSO2和1molO2发生反应,则下列说法正确的是 。
A.若反应速率v(SO2)=v(SO3),则可以说明该可逆反应已达到平衡状态
B.保持温度和容器体积不变,充入2 mol N2,化学反应速率加快
C.平衡后仅增大反应物浓度,则平衡一定右移,各反应物的转化率一定都增大
D.平衡后移动活塞压缩气体,平衡时SO2、O2的百分含量减小,SO3的百分含量增大
E.保持温度和容器体积不变,平衡后再充入2molSO3,再次平衡时各组分浓度均比原平衡时的浓度大
F.平衡后升高温度,平衡常数K增大
(2)将一定量的SO2(g)和O2(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中,在不同温度下进行反应得到如下表中的两组数据:
实验编号 | 温度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | ||
SO2 | O2 | SO2 | O2 | |||
1 | T1 | 4 | 2 | x | 0.8 | 6 |
2 | T2 | 4 | 2 | 0.4 | y | 9 |
①实验1从开始到反应达到化学平衡时,v(SO2)表示的反应速率为 ,表中y= 。
②T1 T2 ,(选填“>”、“<”或“=”),实验2中达平衡时 O2的转化率为 。
(3)尾气SO2用NaOH溶液吸收后会生成Na2SO3。现有常温下0.1mol/LNa2SO3溶液,实验测定其pH约为8,完成下列问题:
①该溶液中c(Na+)与 c(OH-)之比为 。
②该溶液中c(OH-)= c(H+)+ + (用溶液中所含微粒的浓度表示)。
③当向该溶液中加入少量NaOH固体时,c(SO32-) ,c(Na+) 。(选填“增大”、“减小”或“不变”)
(4)如果用含等物质的量溶质的下列各溶液分别来吸收SO2,则理论吸收量由多到少的顺序是 。
A.Na2CO3 B.Ba(NO3)2 C.Na2S D.酸性KMnO4
(1)已知工业上生产H2的过程中有如下反应: CO (g) + H2O (g)CO2(g) + H2 (g)在一定条件下的密闭容器中,该反应达到化学平衡状态。请回答:
①恒容增大H2O (g)的物质的量,则CO的转化率 (填“增大”或“减小”)。
②若升高温度能使化学平衡向正反应方向移动,则正反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
③在某温度时,该反应10 min达到平衡,且有如下数据:
浓度 物质 | CO | H2O | CO2 | H2 |
起始浓度/(mol·L-1) | 2.0 | x | 0 | 0 |
平衡浓度/(mol·L-1) | 0.4 | 6.4 | 1.6 | 1.6 |
则上表中x=________________,该温度下平衡常数K的数值是____________。
(2)某化学实验小组的同学模仿工业上用离子交换膜法制烧碱的方法,设计出下图装置,通过电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
①该电解槽的阳极反应式为 。
②制得的氢氧化钾溶液从出口(填写“A”、“B”、“C”、“D”)_______导出。
③通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因 ____________________________________。
铁及其化合物在生产、生活中有广泛应用。请回答下列问题:
(1)水热法制备Fe3O4纳米颗粒的反应是:3Fe2++2S2O32-+O2+xOH-→Fe3O4↓+S4O32-+2H2O
①上述离子方程式中x=________;
②每生成1 mol Fe3O4,反应转移的电子为________mol;
(2)某高效净水剂可由Fe(OH)SO4聚合得到。工业上以FeSO4、NaNO2和稀硫酸为原料来制备Fe(OH)SO4,反应中有NO生成,化学方程式为 。
高炉炼铁过程中发生的主要反应为:Fe2O3(s)+ CO(g) Fe(s)+CO2(g)+Q
已知该反应在不同温度下的平衡常数如下:
温度/℃ | 1000 | 1115 | 1300 |
平衡常数 | 4.0 | 3.7 | 3.5 |
(3)该反应的平衡常数表达式K=_ ;Q 0(填“>”、“<”或“=”);
(4)欲提高上述反应中CO的平衡转化率,可采取的措施是 ;
A.提高反应温度 B.移出部分CO2
C.加入合适的催化剂 D.减小容器的容积
(5)在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 mol,此时v正 v逆(填“等于”、“大于”或“小于”)。经过l0 min,在1000℃达到平衡,则该时间范围内反应的平均反应速率v (CO2)= 。
工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇:
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)+Q
(1)能判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号,下同)________。
A.生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等 | B.混合气体的密度不变 |
C.混合气体的平均相对分子质量不变 | D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化 |
温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
①由表中数据判断该反应Q________(填“>”、“=”或“<”)0;
②某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.2 mol/L,则CO的转化率为________,此时的温度为________。
(3)要提高CO的转化率,可以采取的措施是________。
a.升温;b.加入催化剂;c.增加CO的浓度;d.加入H2加压;e.加入惰性气体加压;f.分离出甲醇
(4)寻找合适的催化剂来改善上述合成甲醇的条件一直是研究课题。现分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件均相同):
①X在T1℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
②Y在T2℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③Z在T3℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
已知:T1>T2>T3,根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂并简述理由:___________________________________________________。